Fahrerlose Transportsysteme: Die FTS-Fibel mit Praxisanwendungen, zur Technik, fur die Planung

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Author: Gunter Ullrich

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Günter Ullrich Fahrerlose Transportsysteme

Günter Ullrich

Fahrerlose Transportsysteme Eine Fibel – mit Praxisanwendungen – zur Technik – für die Planung Mit 113 Abbildungen PRAXIS

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.

Dr.-Ing. Günter Ullrich ist Unternehmensberater der Intralogistik (fts-kompetenz.de), Leiter des VDI-Fachausschusses FTS (vdi.de/fts) und der europäischen FTS-Community Forum-FTS (forum-fts.com). Das FTS ist Schwerpunkt seiner Seminare, Beratungen und Planungen.

1. Auflage 2011 Alle Rechte vorbehalten © Vieweg+Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011 Lektorat: Thomas Zipsner | Ellen Klabunde Vieweg+Teubner Verlag ist eine Marke von Springer Fachmedien. Springer Fachmedien ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. www.viewegteubner.de Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Druck und buchbinderische Verarbeitung: MercedesDruck, Berlin Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Printed in Germany ISBN 978-3-8348-0791-5

V

Vorwort In den 1950er Jahren wurde das Fahrerlose Transportsystem (FTS) erfunden, das sich bis heute zum probaten Organisationsmittel der modernen Intralogistik entwickelt hat. Nachdem zunächst die Automobilindustrie die dominante Anwenderbranche war, setzen heute fast alle Branchen das FTS zur Optimierung ihrer Materialflüsse ein. Diese Fibel dokumentiert, wie vielfältig die Anwendungen und eingesetzten Techniken der gegenwärtigen FTS-Epoche sind, ohne den Anspruch zu erheben, vollständig zu sein. Ein weiterer Schwerpunkt ist die ganzheitliche Planung solcher Systeme, die ausführlich mit allen Planungsschritten beschrieben wird. Die Fibel schließt mit einem Blick in die Zukunft, und zwar einerseits bezüglich Veränderungen im technischen Bereich und andererseits mit dem Fokus auf die Märkte. Seit fast 25 Jahren begleitet der VDI-Fachausschuss Fahrerlose Transportsysteme die Branche. Aus seinem starken Netzwerk heraus entstand die europäische FTS-Community ForumFTS, die engagierte Öffentlichkeitsarbeit betreibt (Seminare, Veranstaltungen, Erstberatung). Allen Mitgliedern des Forum-FTS sei an dieser Stelle Dank gesagt, denn sie haben mit ihren Beiträgen diese Fibel erst möglich gemacht. Außerdem gilt der Dank dem Lektorat Maschinenbau des Vieweg+Teubner Verlags für die nette und verständnisvolle Betreuung während der insgesamt doch langen Entstehungszeit dieses Buches. Die Fibel richtet sich an Fachleute und Praktiker der Intralogistik, die sich mit der Optimierung von Materialflüssen beschäftigen. Sie sind in nahezu allen Branchen der Industrie, in einigen Dienstleitungsunternehmen oder in Forschung und Lehre an Universitäten und Fachhochschulen tätig. Aus unserer Arbeit als Planer und Berater wissen wir, dass es in der Praxis und in der Lehre Bedarf für eine zusammenfassende Darstellung unseres Themas gibt. Wir haben uns um eine objektive Sichtweise, eine moderate fachliche Tiefe sowie eine klare und verständliche Sprache bemüht. Möge die Fibel ihren Beitrag dazu leisten, dass Fahrerlose Transportsysteme entsprechend ihren Möglichkeiten eingesetzt und in Zukunft noch leistungsfähiger werden. Voerde, Dezember 2010

Günter Ullrich, fahrerlos.de

VII

Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte der Fahrerlosen Transportsysteme ......................................................... 1.1 Die erste FTS-Epoche Idee und Umsetzung ....................................................... 1.1.1 Die ersten europäischen Unternehmen ...................................................... 1.1.2 Frühe Technik und Aufgabenstellungen ................................................... 1.2 Die zweite Epoche Automatisierungseuphorie ................................................... 1.2.1 Fortschritte in der Technologie ................................................................. 1.2.2 Große Projekte in der Automobilindustrie ................................................ 1.2.3 Der große Knall ......................................................................................... 1.3 Die dritte Epoche Gestandene Technik für die Intralogistik ...............................

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2 Moderne Anwendungsgebiete ..................................................................................... 2.1 Aufgabenbezogene Aspekte des FTS-Einsatzes .................................................... 2.1.1 Das FTS in Produktion und Dienstleistung ............................................... 2.1.2 FTS als Organisationsmittel ...................................................................... 2.1.3 Taxibetrieb ................................................................................................. 2.1.4 Fließlinienbetrieb und der Fokus auf die Serienmontage .......................... 2.1.5 Außeneinsatz (Outdoor) ............................................................................ 2.1.6 Argumente für den FTS-Einsatz ................................................................ 2.2 Branchenbezogene Aspekte und Beispiele ............................................................ 2.2.1 Automobil- und Zulieferindustrie .............................................................. 2.2.2 Papiererzeugung und -verarbeitung ........................................................... 2.2.3 Elektroindustrie ......................................................................................... 2.2.4 Getränke- / Lebensmittelindustrie ............................................................. 2.2.5 Baustoffe ................................................................................................... 2.2.6 Stahlindustrie ............................................................................................. 2.2.7 Kliniklogistik .............................................................................................

13 13 13 15 16 17 24 29 31 32 44 47 50 59 62 64

3 Stand der Technik ....................................................................................................... 3.1 Navigation und Sicherheit als zentrale Systemfunktionen ..................................... 3.1.1 Die Navigation .......................................................................................... 3.1.2 Die Sicherheit ............................................................................................ 3.2 Die FTS-Leitsteuerung .......................................................................................... 3.2.1 Systemarchitektur FTS .............................................................................. 3.2.2 Benutzer und Auftraggeber ....................................................................... 3.2.3 Funktionsbausteine einer FTS-Leitsteuerung ............................................ 3.3 Das Fahrerlose Transportfahrzeug (FTF) .............................................................. 3.3.1 FTF-Kategorien ......................................................................................... 3.3.2 Die Fahrzeugsteuerung .............................................................................. 3.3.3 Die mechanischen Bewegungskomponenten ............................................ 3.3.4 Die Energieversorgung der FTF ................................................................ 3.4 Das Umfeld des FTS .............................................................................................. 3.4.1 Die Einsatzumgebung ................................................................................ 3.4.2 Systemspezifische Schnittstellen ...............................................................

75 76 76 88 95 96 97 98 104 105 114 118 122 126 126 128

VIII

Inhaltsverzeichnis 3.4.3 3.4.4

Periphere Schnittstellen ............................................................................. 131 Mensch und FTF ........................................................................................ 133

4 Die ganzheitliche FTS-Planung .................................................................................. 4.1 Die Bedeutung der Planung in FTS-Projekten ....................................................... 4.1.1 Ressourcen-bestimmende Kriterien ........................................................... 4.1.2 Organisation des Projektteams .................................................................. 4.2 Planungsschritte ..................................................................................................... 4.2.1 Systemfindung ........................................................................................... 4.2.2 Systemausplanung ..................................................................................... 4.2.3 Beschaffung ............................................................................................... 4.2.4 Betriebsplanung ......................................................................................... 4.2.5 Änderungsplanung ..................................................................................... 4.2.6 Außerbetriebsetzung .................................................................................. 4.3 Unterstützung bei der Planung ...............................................................................

136 136 137 138 139 140 146 154 159 160 160 161

5 Die nächste Epoche ...................................................................................................... 5.1 Funktionale Herausforderungen ............................................................................. 5.1.1 DriveSafe Die Integration von Navigation und Sicherheit ..................... 5.1.2 Autonomes Miteinander Intelligentes Agieren ....................................... 5.1.3 Energiemix Modernes Energiemanagement ........................................... 5.2 Entwicklung der Märkte ........................................................................................ 5.2.1 Die klassischen FTS-Märkte ..................................................................... 5.2.2 Neue Märkte .............................................................................................. 5.2.3 Kernkompetenzen der Anbieter .................................................................

166 168 169 171 173 179 180 183 185

Sachwortverzeichnis .......................................................................................................... 190

1

1 Geschichte der Fahrerlosen Transportsysteme Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind heute ein wichtiger Bestandteil der Intralogistik. Der technologische Standard und die mittlerweile vorhandene Erfahrung mit dieser Automatisierungstechnik haben dazu geführt, dass FTS Einzug in fast alle Branchen und Produktionsbereiche gehalten hat. Die FTS-Geschichte ist ca. sechzig Jahre alt und begann wie so vieles moderne in Amerika. Als nach dem zweiten Weltkrieg die Produktionen wieder anliefen und die Weltwirtschaft boomte, waren die fahrenden Automaten Teil des realisierten Menschheitstraums, die eigene Arbeit durch Automaten verrichten zu lassen. Die rasante Entwicklung der Sensor- und Steuerungstechnik sowie ursprünglich der Mikroelektronik ebnete dem FTS den Weg. An dieser Stelle wollen wir nur kurz die Erfindung des FTS in Amerika würdigen, uns dann aber ausschließlich auf den europäischen Markt konzentrieren. Bisher gab es wenige erfolgreiche amerikanische Versuche, in den europäischen Markt einzutreten. Der umgekehrte Weg war sicher erfolgreicher: So gibt es einige europäische FTS-Hersteller, die in Amerika Projekte abwickeln. Der asiatische Markt hatte in der Vergangenheit so gut wie keine Überlappungen mit Europa, weder in die eine noch in die andere Richtung. Die bisherigen sechzig FTS-Jahre lassen sich in drei Epochen einteilen. Diese Epochen sind von der zur Verfügung stehenden Technik und der emotionalen Haltung der Systeme gegenüber gekennzeichnet. Man kann diese Epochen auch als Evolutionsstufen verstehen, während derer es nur begrenzte technische Entwicklungen gab, und die dann jeweils ziemlich abrupt ineinander über gingen.

Bild 1-1 Fahrerlose Transportsysteme entwickeln sich in und auf Evolutionsstufen (Epochen). Gegenwärtig endet die dritte.

1.1 Die erste FTS-Epoche Idee und Umsetzung Die erste Epoche begann in Amerika 1953 mit der Erfindung und in Europa wenige Jahre später. Sie dauerte knapp zwanzig Jahre. Technologisch waren die ersten Anlagen geprägt von einfachsten Spurfolgetechniken und taktilen Sensoren, wie Bumper, Notstoppbügel mit mechanischen Schaltern.

G. Ullrich, Fahrerlose Transportsysteme, DOI 10.1007/978-3-8348-9890-6_1, © Vieweg+Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011

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1 Geschichte der Fahrerlosen Transportsysteme

Anfang der 1950er Jahre hatte zuvor ein amerikanischer Erfinder die Idee, den Menschen auf einem Schleppwagen, der zum Gütertransport eingesetzt wurde, durch einen Automaten zu ersetzen. Diese Idee wurde durch die Barrett-Cravens of Northbrook, Illinois (heute Savant Automation Inc., Michigan) umgesetzt. Bei der Mercury Motor Freight Company in Columbia, South Carolina, wurde 1954 das erste Fahrerlose Transportsystem (FTS) als Schleppzug-Anwendung für wiederkehrende Sammeltransporte über große Strecken installiert.

Bild 1-2 Eins der ersten amerikanischen FTS, ab 1954 gebaut als Zugmaschine für fünf Anhänger (Quelle: Barrett-Cravens / Savant Automation, 1958)

Die zuvor schienengeführten Fahrzeuge folgten nun einem stromdurchflossen Leiter, welcher im Boden verlegt wurde. Dieses Prinzip kennen wir heute als induktive Spurführung. Das erste Fahrzeug orientierte sich also während der Fahrt ohne Fahrer an dem induzierten Magnetfeld. Die Stationen, an denen Lasten (Güter) übergeben werden sollten, waren durch im Boden versenkte Magnete kodiert, welche durch Sensoren im Fahrzeug erfasst wurden. Die Kodierung selbst ergab sich aus einer spezifischen Anordnung von nord-/südpolig-orientierten Magneten. Die einfache Steuerung bestand zu dieser Zeit aus einer Röhrenelektronik, die nur beschränkte Entwicklungsmöglichkeiten aufwies.

1.1.1 Die ersten europäischen Unternehmen In England kam die Firma EMI 1956 auf den Markt. Die Fahrzeuge folgten einem Farbstreifen auf dem Boden, der über einen optischen Sensor erkannt wurde und der die entsprechenden Steuersignale lieferte. Ab den 1960er Jahren kamen die ersten transistorbasierten Elektroniken zum Einsatz, was die Flexibilität bei Führung und Steuerung erhöhte. In Deutschland starteten die Firmen Jungheinrich, Hamburg und Wagner, Reutlingen in den frühen 1960er Jahren die FTS-Entwicklung. Sie automatisierten die ursprünglich für manuelle Bedienung konstruierten Gabelhub- und Plattformfahrzeuge.

1.1 Die erste FTS-Epoche Idee und Umsetzung

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Das Maschinenbauunternehmen Jungheinrich wurde 1953 gegründet und startete mit dem Vertrieb des Elektro-Vierrad-Staplers Ameise 55 in den Markt. Dann wurde bereits wenige Jahre später, in 1962, der erste automatisch gesteuerte, induktiv geführte Stapler Teletrak vorgestellt. Auch die optische Spurführung kam hier zum Einsatz.

Bild 1-3 Ameise/Teletrak (Quelle: E&K, 1965)

Die Firma Wagner Fördertechnik begann ab 1963 mit der Vermarktung Fahrerloser Transportsysteme für den Einsatz bei Automobilproduktion und im Handel.

1.1.2 Frühe Technik und Aufgabenstellungen Schon die ersten Systeme, die in USA, England, Deutschland und anderen Ländern entwickelt und gebaut wurden, wiesen elementare Merkmale auf, die noch heute Bestandteil eines FTS sind: das Leitsystem, das Fahrzeug mit Steuerung und Personenschutz, das Spurführungssystem. Die Umgebung, in der sich die ersten Fahrerlosen Transportfahrzeuge bewegten, war die normale Werks- oder Lagerhalle. Dort, wo bisher die Arbeiter mit ihren (Schlepp-)Fahrzeugen die Güter durch die Hallenbereiche transportierten, wurde jetzt Schritt um Schritt die Umgebung an die Anforderungen eines Systems angepasst, das auf menschliche Begleitung verzichtete. Markierungen, freie Fahrstrecken, passive und aktive Schutzmaßnahmen sollten die Risiken reduzieren. In den USA soll es Widerstand gegen die neue Technologie gegeben haben. Die Gewerkschaften befürchteten den Wegfall von Arbeitsplätzen. Aber wer rechnete damals den Zugewinn an neuen Arbeitsplätzen in dem sich entwickelnden Hersteller- und Zuliefermarkt? Ab Mitte der 1960er fanden wir die ersten Einzeltransport-Anwendungen und Transporte im Rahmen der Verkettung von Arbeitsplätzen, schließlich wurden die ersten Systeme in der Warenkommissionierung, in der Lebensmittelindustrie, eingesetzt. Die Fahrzeugvielfalt beschränkte sich auf Schlepper, Gabelhub- und Plattformfahrzeuge.

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Bild 1-4 Ameise/Teletrak mit Anhängern (Quelle: E&K)

Das Leitsystem war einfach, die Fahrzeuge fuhren vorgegebene Strecken von Station zu Station, starteten auf Anforderung und hielten nach Erkennen der Stoppmarker. Eine einfache Elektrik und eine Magnetsensorik reichten. Der Betrieb erlaubte keine Flexibilität; der Transport überbrückte weitere Fahrtstrecken, die Stationen wurden nacheinander angefahren, es gab praktisch nur eine Richtung vorwärts. Das Fahrerlose Transportfahrzeug (FTF) entwickelte sich aus den personengesteuerten Schleppwagen, verfügte also wie ein normales Fahrzeug über Lenkung, Antrieb und Sicherheitsvorrichtungen. Seine Größe bestimmte sich durch die gestellten Anwendungsanforderungen. Wurde der Fahrer entfernt, dann musste eine Kombination aus Mechanik, Elektrik und elektronischer Intelligenz seine Aufgaben übernehmen. Die Wahrnehmung des Menschen über seine Augen wurde also durch eine Sensorik ersetzt, wenn auch nur in rudimentärer Form. Um die Sicherheit im betrieblichen Verkehr zu gewährleisten, mussten nicht nur die Einrichtungen geschützt werden, sondern vor allem die im Betrieb tätigen Menschen. Die Fahrzeugsteuerung arbeitete anfänglich noch mit Röhrentechnik, dann gab es solche mit Relais und Halbdrehwähler-Schrittschaltwerken, ab den späten 1960ern dann mit Halbleitertechnik (TTL-Logik). Der Personenschutz, für die Vorwärtsfahrt, wurde mit einem Bumper oder einem Sicherheitsbügel realisiert. Die Spurführung erfolgte durch stromführende Leiter im Hallenboden oder durch optische Leitlinien. Ende der 1960er wurden erste Schlepper mit automatischen Kupplungen konstruiert, sie konnten rückwärts fahren und Anhänger dort abstellen, wo sie benötigt wurden.

1.2 Die zweite Epoche Automatisierungseuphorie

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1.2 Die zweite Epoche Automatisierungseuphorie Die zweite Epoche überdauerte die 1970er und 1980er Jahre und endete Anfang der 1990er. Die Elektronik hielt in Form einfacher Bordrechner und komplexen Schaltschränken für die Blockstreckensteuerung der Anlage Einzug. Die aktiv induktive Spurführung mittels eines Drahtes im Boden setzte sich durch, und die Datenübertragung geschah entweder über den gleichen Draht, infrarot oder sogar schon mittels Funk. In den 1970er Jahren entstand letztlich das klassische FTS. Einhergehend mit einer immer höheren Steigerung der Produktionseffizienz und dem Einsatz personenbetriebener Transportsysteme entwickelte sich auch die Nachfrage nach einem immer höheren Automatisationsgrad, wodurch die Produktionskosten langfristig gesenkt werden sollten.

1.2.1 Fortschritte in der Technologie Die Nachfrage im Markt, getrieben von den Erwartungen der Anwender, konnte nur durch eine stetig verbesserte Technologie befriedigt werden. Eine wachsende Zahl von Herstellern und Komponentenentwicklern steigerte die Flexibilität der Einsatzmöglichkeiten und verbesserte die Systemfähigkeiten. Bereits hier erkannten die Hersteller, dass sie sich vor allem die rasante Entwicklung in der Elektronik und Sensorik zunutze machen konnten. Ein spezieller Zuliefermarkt entwickelte sich jedoch nicht, dafür war das Marktvolumen insgesamt noch zu klein. Entwickler und Hersteller von Komponenten waren getrieben durch andere Märkte, z. B. durch den Bedarf der Hersteller traditionell bemannter Transportfahrzeuge. Die Erfahrung der FTS-Hersteller floss zunehmend in verbesserte Anlagesteuerungen ein. Noch aber hatte die Anbietergemeinschaft ihre Wurzeln im Maschinenbau. Technische Innovationen befreiten die Hersteller von bisherigen Einschränkungen, eine Reihe von Neuerungen kam in den 1970ern auf den Markt: • Leistungsstarke Elektroniken und Mikroprozessoren ermöglichten schnellere Rechenleistung und damit komplexere Einsatzszenarien und Anlagen-Layouts. In der Anlagensteuerung wurden erstmalig speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) verwendet. Eine verbesserte, erschwingliche Sensorik verbesserte die Präzision bei Fahrt, Navigation (Positionierung und Positionserkennung) und an der Lastübergabestation. • Die Batterietechnik wurde leistungsfähiger, obwohl man im Nachhinein eingestehen musste, dass sie nicht vollständig beherrscht wurde. Aber das automatische Laden der Batterien wurde eingeführt. • Ein Navigationsverfahren setzte sich durch: die aktiv induktive Spurführung. Ein mit Wechselstrom durchflossener Leiter im Boden erzeugte ein konzentrisches Magnetfeld, das in zwei unterhalb des Fahrzeugs befestigten Spulen einen Strom induzierte. Der Differenzstrom beider Spulen wurde dann zur Ansteuerung des Lenkmotors genutzt. Die Anlagensteuerung wurde der Blockstreckensteuerung des Eisenbahnverkehrs entliehen. Große Schaltschränke in Relaistechnik sorgten für die Ablaufsteuerung und dafür, dass die Fahrzeuge nicht kollidierten bzw. sich gegenseitig blockierten.

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• Die Handhabung der Lasten geschah intelligenter und vermehrt automatisiert. Die Bewegungsmöglichkeiten der Fahrzeuge nahmen zu (Rückwärtsfahrt mit Lastübergabe, flächige Bewegung); die ersten Außenanwendungen wurden realisiert. • Die fahrerlosen Fahrzeuge wurden in Produktionsprozesse vollständig integriert; so wurden die Fahrzeuge als mobile Werkbänke genutzt (Serienmontage). • Zur Daten-Kommunikation wurden Infrarot- aber auch Funksysteme eingesetzt.

1.2.2 Große Projekte in der Automobilindustrie Die Nachfrage im Markt wurde wesentlich durch die Automobilindustrie getrieben. Gerade die großen deutschen Autobauer modernisierten und automatisierten scheinbar grenzenlos. Das FTS gehörte dazu, es war in, insbesondere in folgenden Anwendungsbereichen: • Taxibetrieb bei der sog. Boxenfeldmontage • FTF als mobiler Arbeitsplatz in den Vormontagen • Verkettung von Produktionsmaschinen in der Aggregatefertigung • Schlepper, Huckepack- und Gabelfahrzeuge zur Bandversorgung • Im Lager, zur Kommissionierung und Materialanlieferung an die Linien • Sondergeräte zur Integration in Fertigungssysteme. Viele der großen FML1-Partner der Automobilindustrie lieferten größte Anlagen mit oftmals mehreren hundert Fahrzeugen. Die Anlagen wurden in Vormontagen (Cockpit, Frontend, Türen, Motoren, Getriebe, Antriebsstränge), in der Endmontage, im Fahrzeugbau aber auch für logistische Aufgaben eingesetzt.

Bild 1-5 Induktiv geführte Montageplattformen für Motoren bei VW in Salzgitter (Quelle: E&K, 1977)

1

FML Fördertechnik, Materialfluss, Logistik

1.2 Die zweite Epoche Automatisierungseuphorie

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Bild 1-6 PKW-Herstellung mit FTS: Fahrzeugbau des VW Passat bei VW in Emden (Quelle: DS, 1986)

Bild 1-7 Triebsatzvormontage bei VW in Hannover (Quelle: DS, 1986)

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1.2.3 Der große Knall Ende der 1980er Jahre kündigte sich die Katastrophe bereits an: Die Wirtschaft wurde von einer Rezession heimgesucht das Geld wurde knapp. Das FTS hatte ohnehin das Image teuer zu sein: Die Flexibilität, mit der die Systeme auch damals schon beworben wurden, wurde in der Praxis nicht erreicht. Kleine Änderungen im Fahrkurs mussten vom FTS-Lieferanten durchgeführt werden und kosteten viel Geld. Die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Anlagen ließen zu wünschen übrig. Die deutschen Autobauer Volkswagen, BMW und Mercedes Benz waren sich einig, dass hinsichtlich der Kompatibilität und der Wirtschaftlichkeit der Systeme etwas passieren musste. Sie initiierten die Gründung des VDI-Fachausschusses2 Fahrerlose Transportsysteme (FTS), der 1987 damit begann, unter der Obmannschaft des Duisburger Universitätsprofessors Prof. Dr.-Ing. Dietrich Elbracht VDI-Richtlinien zu den relevanten FTS-Themen zu erarbeiten. Seit 1996 wird der Kreis vom Autor geleitet. Dieser VDI-Fachausschuss führte dann vier Jahre später in Duisburg die erste FTS-Fachtagung3 durch, auf der diese Themen intensiv diskutiert wurden. Außerdem entstand daraus im Jahre 2006 das Forum-FTS4, die europäische FTS-Community, in der die wesentlichen FTS-Hersteller Mittel-Europas (Finnland, Belgien, Niederlande, Deutschland, Österreich, Schweiz) organisiert sind. Trotzdem konnte sich die FTS-Branche dem vorübergehenden Niedergang nicht entziehen. Der Todesstoß kam mit einem amerikanischen Buch (Abb. rechts), in dem eine MIT-Studie5 über die Produktivität der weltweiten Automobilhersteller abgedruckt ist. Diese Studie besagte, dass die japanischen Autobauer mit einfachsten Mitteln und neuen Arbeitsstrukturen bessere Qualität zu niedrigeren Herstellpreisen bauen konnten. Diese Studie führte zu einem vollständigen Umdenken in Europa. Für die großen FTSAnlagen bedeutete sie das Aus (FTS-Rezession). Alle großen FTS-Hersteller beendeten ihr FTS-Engagement ein Neuanfang mit neuen mittelständischen Spielern, neuer Technik, neuen Produkten und neuen Kunden (Branchen) stand an!

1.3 Die dritte Epoche Gestandene Technik für die Intralogistik Mitte der 1990er Jahre beginnt die dritte Epoche, die bis heute andauert. Es scheint aber klar, dass sie vor der Ablösung durch neue Technologien und Anwendungen steht; doch dazu mehr 2

www.vdi.de/fts

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Seit 2002 findet die FTS-Fachtagung im 2-jährigen Rhythmus an der Universität Hannover statt, www.fts-fachtagung.de, vorher in den Jahren 1991, 1993, 1995, 1998 und 2000 an der Universität Duisburg.

4

www.forum-fts.com, dort auch eine Liste der aktuell erfolgreich tätigen europäischen FTS-Hersteller.

5

James P. Womack, Daniel T. Jones, Daniel Roos: The Machine That Changed the World: The Story of Lean Production. Verlag: HarperPaperbacks; Auflage: Reprint (1. November 1991)

1.3 Die dritte Epoche Gestandene Technik für die Intralogistik

9

in Kapitel 5 dieses Buches. Die aktuellen Anlagen haben elektronische Steuerungen und berührungslose Sensoren. Als Leitsteuerung fungiert ein handelsüblicher PC, in den FTF sitzt entweder eine SPS oder ein Microrechner. Die Leitdraht-Spurführung spielt keine Rolle mehr. Die klassischen freien Navigationstechniken sind die Magnet- und die Laser-Navigation. WLAN hat sich als Datenübertragungstechnik etabliert. Diese Epoche zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorherschaft der Automobilindustrie durch eine Fülle von unterschiedlichsten Anwendern gebrochen ist. Die FTF-Stückzahlen pro Anlage sind lange nicht mehr so groß wie in der zweiten Epoche. Und eine weitere zentrale Eigenschaft zeichnet das FTS erstmals aus: Fahrerlose Transportsysteme sind heute verlässliche, probate Mittel der Intralogistik. Die Hersteller bedienen sich aus einem Füllhorn von bewährten Technologien, die sie zu betriebssicheren, leistungsstarken und anerkannten Produkten kombinieren. Fortschritte in der Materialfluss- und Lagertechnik, verbesserte Produktionsmethoden im Maschinenbau und neue Trends in Montagetechniken unterstützen die FTS-Entwicklung. Aber auch die fortschreitenden Rechner- und Sensortechniken bringen weitere wesentliche Fortschritte in der Fahrzeug- und Steuerungstechnik und in den Anwendungsbereichen: • Fahrzeuge mit erhöhter Geschwindigkeit beim Fahren, Rangieren, Lasthandling dank verbesserter Sensorik • Low-Cost Fahrzeuge, oder besser: einfache Lösungen • Alternative Energiekonzepte mit induktiver Energieübertragung • Neue Navigationsverfahren (Magnetpunkt, Laser, Transponder, Gebäudenavigation) • Siegeszug des PCs im Fahrzeug, in der Anlagesteuerung und in der intelligenten Sensorik • Datenübertragung jetzt meist per WLAN • Neue Funktionsbereiche, wie z. B. die Bedienung eines Blocklagers, in der Kommissionierung, in der fraktalen Fabrik (schlanke Produktion) oder im Krankenhaus. Grundsätzlich gilt, dass jegliches Stückgut mit FTS transportiert werden kann. Alle Betriebe, in denen Paletten, Behälter, Container, Rollen, Pakete o. Ä. transportiert werden, können generell FTS einsetzen. So haben sich seit Mitte der 1990er Jahre bis heute mehr und mehr Branchen auf das FTS eingelassen, aber im Gegensatz zur Automobilindustrie in der zweiten Epoche, immer mit Bedacht und meist mit Erfolg. Der Umgang mit Gütern hat sich von dem ursprünglich unilateralen Transport zu einem mehrdimensionalen Verbringen gewandelt, denn die Fahrzeuge verfügen jetzt über Einrichtungen, mit denen sie Güter praktisch von/an jeden Ort im Lager oder der Fertigung bewegen können. Darüber hinaus können sie die Güter für die Montage bedarfsgerecht und ergonomisch positionieren. Es entstehen komplexe Verkehrsnetze mit einer Vielzahl von Fahrzeugen und sich kreuzenden Fahrstrecken und einer immer weiter wachsenden Anzahl von Lastübergabestationen. Die Technik und die Anwendungen während dieser Epoche wird das Thema in den folgenden Kapiteln sein, weshalb wir uns hier kurz halten können. Wichtig ist eine Übersicht, welche FTS-Hersteller heute noch eine große Rolle spielen und wo sie ihre Wurzeln haben. Deshalb fasst Tabelle 1-1 alle Firmen zusammen, auf die in diesem Buch verwiesen wird und zeigt Tabelle 1-2 einen Überblick über die wichtigsten Stationen des mitteleuropäischen Marktes.

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Tabelle 1-1 Firmen der FTS-Branche, auf die im Folgenden verwiesen wird

Kürzel

Name

Beschreibung

Bleichert

Bleichert Förderanlagen GmbH, D-Osterburken www.bleichert.de

FTS-Hersteller im Forum-FTS

dpm

Daum + Partner Maschinenbau GmbH, D-Aichstetten www.daumundpartner.de

FTS-Hersteller

DS

DS Automotion GmbH, A-Linz www.ds-automotion.com


E&K

E&K Automation Gmbh, D-Rosengarten www.ek-automation.com


Egemin

Egemin NV, B-Zwijndrecht www.egemin.com


Fox

Abteilung FOX, Götting KG, D-Lehrte www.foxit.de

Abteilung der Götting KG, die Serien-Nutzfahrzeuge automatisiert

Frog

Frog AGV Systems B.V., NL-Utrecht www.frog.nl


Götting

Götting KG, D-Lehrte www.götting.de

Komponenten- und Systemhersteller im Forum-FTS

MLR

MLR System GmbH, D-Ludwigsburg www.mlr.de


Rocla

Rocla OY, F-Järvenpää www.rocla.com


Schabmüller

Schabmüller GmbH, D-Berching www.schabmueller.de

Komponenten-Hersteller für Antriebs- und Lenkmotoren

SEW

SEW-Eurodrive GmbH & Co KG, D-Bruchsal www.sew-eurodrive.de

Komponenten- und Systemhersteller für Antriebs- und Energietechnik

Sick

Sick AG, D-Waldkirch

Lieferant von Sicherheitskomponenten und Systeme, im ForumFTS

www.sick.com SIEMENS

Siemens AG, D-Stuttgart www.siemens.com


SimPlan

SimPlan Integrations GmbH, D-Witten www.simplan.de

Dienstleister für Simulation und Emulation

Snox

Snox NV, B-Aartselaar www.snox.com


Swisslog

Swisslog Holding AG, CH-Buchs www.swisslog.com

Holding der Telelift

Telelift

Swisslog-Telelift GmbH, D-Puchheim www.telelift.de


1.3 Die dritte Epoche Gestandene Technik für die Intralogistik

11

Tabelle 1-2 Stationen der heutigen FTS-Hersteller, beschränkt auf den europäischen Markt

Jahr FTS-Herst.

Ereignis / Vorgeschichte

1953

Alle

Die Firma Barrett beginnt in Amerika mit FTS.

1956

Alle

EMI stellt in England FTS her; 1973 begann man mit Kalmar in Schweden bei VOLVO mit FTS.

1962

E&K

Jungheinrich, Hamburg beginnt mit FTS (Teletrak).

1963

E&K

Die Ernst Wagner Fördertechnik, Reutlingen startet mit FTS. Mit Verkauf an die Linde AG wird der Produktname INDUMAT später zum Firmenname.

1969

Egemin

Egemin liefert das erste FTS, allerdings mit zugekauften Fahrzeugen.

1970

Swisslog

Telelift startet mit dem Transcar-FTS. Seit 1973 in Puchheim bei München.

1971

MLR

entstand die Babcock und Bosch Transport- und Lagersysteme in Stuttgart, später (1983) in Schwieberdingen.

1973

E&K

Mannesmann übernimmt DEMAG. 1992 wird die Mannesmann Demag Fördertechnik AG, Wetter gegründet. Die Wurzeln der Firma reichen bis 1910 zurück, als die Deutsche Maschinenfabrik AG (DeMAG) gegründet wurde. Parallel dazu entstand 1956 die Leo Gottwald KG, die Hafenkrane und später auch FTS im Hafenbereich bauen. In 2006 Zusammenführung der Demag Cranes & Components GmbH und Gottwald Port Technology GmbH (GPT) unter dem Dach der Demag Cranes AG, die heute noch FTF für den Einsatz im Containerhafen herstellen.

Demag

1974

MLR

Namenwechsel von Babcock und Bosch Transport- und Lagersysteme nach Babcock Transport- und Lagersysteme, weil Babcock 100 % der Geschäftsanteile übernimmt.

1980

MLR

Die Pohling-Heckel-Bleichert AG in Köln übernimmt den Bereich Transportund Lagersysteme von Babcock. Das Unternehmen heißt fortan PHB Transport- und Lagersysteme.

1980

E&K

Die Herren Eilers & Kirf gründen ein Ingenieurbüro für Steuerungstechnik und sind seit 1988 Systempartner von Jungheinrich.

1983

Rocla

Rocla beginnt in Finnland mit FTS.

1984

FROG

FROG beginnt in NL; zunächst als Frog Navigation Systems. 2007 dann Neuanfang als FROG AGV Systems.

1984

DS

Voest Alpine, A-Linz beginnt mit FTS. Später dann Ausgliederung der TMS Transport- und Montagesysteme.

1985

MLR

Die PHB Transport- und Lagersysteme übernimmt die MAFI TransportSysteme und ein Jahr später die Trepel GmbH, Wiesbaden. Außerdem Bildung der Holding PHB Gesellschaft für Industriebeteiligungen; darin die Firmen PHB Transport- und Lagersysteme, Eisgruber, Mafi, Trepel und BBT.

1989

Swisslog

Thyssen Aufzüge übernimmt die Telelift.

1990

MLR

Noell, Würzburg übernimmt die FTS-Aktivitäten der PHB Gruppe. Name: Noell, Niederlassung Schwieberdingen. Noell gehörte zur Preussag-SalzgitterGruppe.

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zu Tabelle 1-2

Jahr FTS-Herst.

Ereignis / Vorgeschichte

1993

MLR

Noell übernimmt die Firma Autonome Roboter, Hamburg und 1994 die Schoeller Transportautomation, Herzogenrath.

1993

E&K

Die FTS-Aktivitäten von Mannesmann Demag und Jungheinrich gehen über in die Demag-Jungheinrich FTS GmbH, Hamburg.

1996

MLR

MLR Soft übernimmt Noell. Neuer Name: MLR System in Schwieberdingen, ab 2000 dann in Ludwigsburg.

1996

E&K

Eilers & Kirf übernimmt die Demag-Jungheinrich FTS GmbH.

1999

Swisslog

Swisslog übernimmt die Telelift von Thyssen Aufzüge. Swisslog entstand aus der ehemaligen Sprecher & Schuh AG (seit 1898 in CH-Aarau).

2000

Fox

Die Firma Götting KG gründet das eigenständige Tochterunternehmen Fox, das Serien-Nutzfahrzeuge, also LKW und Radlader automatisiert.

2000

Egemin

Egemin beginnt mit dem Bau eigener Fahrzeuge.

2001

E&K

E&K übernimmt Indumat, die zu Linde gehörten.

2001

DS

Voest-Alpine veräußert das FTS-Geschäft der TMS an VINCI, Frankreich.

2005

DS

HK Automotion, Österreich übernimmt die TMS Automotion; 2008 dann Namensänderung DS Automotion.

2008

Götting

Die Aktivitäten der Fox GmbH werden von der Muttergesellschaft als Abteilung weitergeführt.

2008

Rocla

Rocla wird Teil der Mitsubishi Caterpillar Forklift Europe.

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2 Moderne Anwendungsgebiete In den nächsten zwei Unterkapiteln wollen wir uns mit dem modernen FTS beschäftigen, also mit typischen Anlagen und Techniken der dritten Epoche des FTS. Zunächst werden wir die Anwendungen prozessbezogen einteilen und uns dann Einsatzbeispiele aus bestimmten Branchen anschauen. Alle Beispiele wurden im Zeitraum von 2000 bis 2010 realisiert. In Kapitel 3 betrachten wir dann den Technik-Standard der dritten FTS-Epoche, der die Grundlage für die vielen erfolgreichen FTS-Realisierungen der letzten Jahre darstellt.

2.1 Aufgabenbezogene Aspekte des FTS-Einsatzes Die Haupteinsatzgebiete des FTS liegen in der Intralogistik, also der Organisation, Steuerung, Durchführung und Optimierung des innerbetrieblichen Waren- und Materialflusses und Logistik, der Informationsströme sowie des Warenumschlags in Industrie, Handel und öffentlichen Einrichtungen (Def. gemäß VDMA1). Einige Einschränkungen sind damit verbunden: So betrachten wir nicht die sogenannten PeopleMover, automatische Fahrzeuge für den Personentransport. Das ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt auch noch schwierig. Erstens, weil es nur sehr wenige Applikationen gibt und zweitens, weil verbindliche Regelungen und Gesetze weitgehend fehlen. Viele Sonderanwendungen bleiben ebenfalls unberücksichtigt: Anwendungen in der Raumfahrt, im oder unter Wasser, in der Militärtechnik, automatische Parkhäuser, Fassadenreinigung, Geh- oder Klettermaschinen. Wir beschränken und also auf den Transport von Material, insbesondere in der Intralogistik.

2.1.1 Das FTS in Produktion und Dienstleistung Zu Beginn dieses Kapitels wollen wir uns etwas näher mit den Aufgaben der Intralogistik beschäftigen. Denn in diesem Umfeld bewegt sich das klassische FTS. Die Bewegung von Gütern (Stückgut, Ware, Material, Versorgungsmaterial etc.) erfolgt in unterschiedlichen Bereichen innerhalb eines Betriebes bzw. eines Betriebsgeländes, zwischen örtlich differenzierten Unternehmen oder Betriebsteilen, zwischen Unternehmen und Verbraucher. Die Organisation, Durchführung und Optimierung dieser Güter-, Waren- und Materialflüsse innerhalb eines Unternehmens der Industrie, des Handels oder einer öffentlichen Einrichtung werden dabei als Intralogistik bezeichnet. Wesentliche Aspekte zu diesem umfassenden Themengebiet sind • die Prozesse der Handhabung von Gütern und Material, im Besonderen im Wareneingang und -ausgang, in der Lagerhaltung und Kommissionierung, beim Transport, sowie der Übergabe und Bereitstellung derselben;

1

VDMA = Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau


14

2 Moderne Anwendungsgebiete

• dann die Informationsströme, also die Kommunikation von Bestands- und Bewegungsübersichten, der Auftragssituation, den Durchlaufzeiten und Verfügbarkeitsprognosen, die Darstellung von Daten zur Unterstützung der Verfolgung, Überwachung und ggf. Entscheidung von Maßnahmen, sowie auch die Auswahl und der Einsatz von Mitteln zur Datenkommunikation; • die Verwendung von Transportmitteln (Krane, Hebezeuge, Stetigförderer, Flurförderzeuge, usw.), sowie von Überwachungs- / Steuerungselementen (Sensorik / Aktorik); • und schließlich der Einsatz von Techniken (für die aktive/passive Sicherheit, das Datenmanagement, die Güter-, Waren- und Materialerkennung/-identifikation, die Bildverarbeitung, den Warenumschlag (also das Bereitstellen, Sortieren, Kommissionieren, Palettieren, Verpacken). Im Wirkungsverbund der Produktionsmittel beeinflusst die Gestaltung und Auswahl der Transportsysteme die Effizienz des Produktionsprozesses und damit dessen Ertragspotenzial. Den Produktionsbereich charakterisiert die Prozesskette vom Wareneingang bis zum Versand. Beeinflusst durch die Auftragssituation gestalten Einkauf, Disposition, Fertigungsleitung und Verwaltung kontinuierlich verschiedene Elemente dieser Prozesskette, also im Wesentlichen • den Auf- und Abbau der Lagerbestände und den dazu notwendigen Güter-, Waren-, Materialumschlag (Warenein- und -ausgang, Materiallager), • die Rüstzeiten und Durchlaufzeiten unter Berücksichtigung des Ausgleichs von Über- und Unterkapazitäten, sowie den Lieferzielvorgaben der Leistungsempfänger, • die Festlegung resp. Änderung von Auftragsprioritäten und • die Optimierung von Losgrößen. Diese Aufgaben erfordern permanente Steuerung, Überwachung, Kontrolle und zumeist Anpassung an die sich stetig verändernde Lage. Um einen möglichst großen Gestaltungsspielraum für eine effiziente Wahrnehmung dieser Aufgaben zu erreichen, sind daher neben der arbeitsschrittorientierten Fertigungsplanung eine sorgsame Planung (ggfs. Simulation) und ein ausgewogener Einsatz geeigneter Transportmittel unerlässlich. Gleiches gilt für Anwendungen im Dienstleistungssektor. Wenn wir dort den Produktionsbereich als den Bereich verstehen, der seine Leistungen dem Empfänger zur Verfügung stellt, dann sehen wir vergleichbare Aufgabenstellungen in der Prozesskette, auch wenn Verantwortliche eventuell andere Funktionsbezeichnungen tragen. Im betriebswirtschaftlichen Unternehmensbereich hat die Auswahl der Produktionsmittel hauptsächlich Auswirkungen auf • die finanztechnische Mittelplanung und -verwendung und • die Kapazitäts- und Auslastungsanalysen und -planungen, was sowohl die technischen Mittel als auch vor allem die personellen Ressourcen betrifft. Die technische und betriebswirtschaftliche Unternehmensleitung ist darum bemüht, im Spannungsfeld der betrieblich notwendigen Leistungserfordernisse und den dazu benötigten Mitteln die verfügbaren finanziellen und personellen Ressourcen ständig zu optimieren. Dazu werden geeignet definierte und erfasste Betriebsdaten und Kennzahlen, wie z. B. Lagerumschlagszeiten, Durchlaufzeiten mit Standzeiten, Produktionsmittelauslastung und dergleichen mehr benötigt.

2.1 Aufgabenbezogene Aspekte des FTS-Einsatzes

15

Das soll an dieser Stelle zur Einordnung des FTS in die Intralogistik genügen, um im Folgenden noch konkreter auf das FTS eingehen zu können.

2.1.2 FTS als Organisationsmittel Häufig werden Fahrerlose Fahrzeuge (FTF) mit dem FTS gleichgesetzt. Schnell ist die Diskussion bei den unterschiedlichen Fahrzeugtypen oder anderen konkreten Themen: • Welcher FTF-Typ, z. B. Gabelfahrzeuge oder Huckepack-FTF, ist vorzuziehen? • Welches ist das zu präferierende Navigationsverfahren (Laser- oder Magnetnavigation)? • Welche unterschiedlichen Konzepte für den Personenschutz gibt es? Natürlich sind die automatischen Fahrzeuge (FTF) wichtige Komponenten eines FTS, aber eben nur Komponenten. Wenn wir korrekt sein wollen, müssen wir das Gesamtsystem FTS betrachten, das gemäß VDI 25102 aus den Fahrzeugen, der Leitsteuerung und der Bodenanlage besteht. In dieser Richtlinie sind wesentliche globale Eigenschaften des FTS aufgeführt.

Bild 2-1 Ein FTS verknüpft verschiedene Prozesse beim Papierrollenhandling (Schema, Quelle: Rocla)

Hier muss betont werden, dass ein FTS als Organisationsmittel eine weitreichende und nachhaltige Wirkung auf die Intralogistik hat. Anfangs scheint die Ordnung, die als Voraussetzung für den FTS-Betrieb erforderlich ist, lästig. Dann aber wird klar, dass diese Ordnung eben auch die Folge eines FTS ist, so dass hier eine Chance liegt, im Sinne einer ständigen Verbesserung, die Abläufe immer weiter zu optimieren. Wenn es zum Beispiel darum geht, einen typischen Gabelstaplerbetrieb, also eine Intralogistik mit manuell bedienten Flurförderzeugen mit FTS zu automatisieren, trauert der Betreiber zunächst den vermeintlichen Vorteilen des Gabelstaplers nach: die kurzfristig abrufbare hohe Systemleistung und hohe Flexibilität bezüglich der Aufgabenstellung. Schaut der Betreiber dann genauer hin, stellt er fest, dass ein FTS ebenfalls eine hohe Systemleistung hat, nämlich

2

VDI 2510 Fahrerlose Transportsysteme (FTS), VDI 10/2005, Beuth-Verlag, Berlin.

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genau die, die während der Planung eingestellt wurde; und zwar ganz selbstverständlich als Dauerleistung mit einer extrem hohen Verfügbarkeit. Die hohe Flexibilität der Stapler ist nur dann erforderlich und benötigt, wenn die Aufgabenstellung nicht optimal strukturiert wurde (Aufgabe der Planung) oder aber in seltenen Fällen nicht strukturierbar ist. Meist bergen die Prozesse aber genügend Optimierungspotenzial, so dass die Abläufe derart organisiert werden könne, dass ein FTS eingesetzt werden kann. Der immer wieder unterschätzte Vorteil des FTS liegt dann darin, dass die geschaffene Ordnung auf Dauer eingehalten wird, weil sie eingehalten werden muss! Beispiele hierfür sind die klare Definition von Fahrwegen und Stellplätzen. Bis heute können Fahrerlose Fahrzeuge nicht um Hindernisse auf dem Fahrweg herumfahren; Hindernisse wie eine Gruppe Mitarbeiter beim Gespräch oder aber eine falsch abgestellte Palette. Das ist auch durchaus akzeptabel, weil in einem durchorganisierten, automatisierten Betrieb weder Mitarbeiterbesprechungen noch falsch platzierte Paletten auf den Wegen stören sollten! Durch Beobachtung des Ist-Zustandes und durch die Adaption einfacher Regeln in der FTSLeitsteuerung gelingt es dann, positive Veränderungen beizubehalten bzw. negative rückgängig zu machen. Den laufenden Veränderungen in den Abläufen / Produktspektrum / Stückzahlen usw. kann so mit einer angepassten Intralogistik unmittelbar Rechnung getragen werden. So kann ein FTS mit einfachen Regeln Logistikabläufe optimieren und mit den Anforderungen wachsen. Welches Transportsystem ist ähnlich flexibel und konsequent leistungsfähig?

2.1.3 Taxibetrieb Üblicherweise unterscheidet man hinsichtlich der Einsatzformen in Fließlinien- und Taxibetrieb. FTF, die als Montageplattform durch Montagelinien getaktet werden, arbeiten im Fließlinienbetrieb. Das wird in diesem Kapitel Thema sein. Beim Taxibetrieb werden die Stationen (ähnlich Haltestellen) auch Quellen und Senken genannt. An einer Quelle beginnt der Materialtransport, an einer Senke endet er. Natürlich kann auch jede Station gleichzeitig Quelle und Senke sein.

Bild 2-2 Prinzipskizze des Taxibetriebs nach VDI 2710-13

3

VDI 2710 Blatt 1: Ganzheitliche Planung von FTS Entscheidungskriterien für die Auswahl eines Fördersystems. VDI 08/2007, Beuth-Verlag, Berlin.


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Fahrzeuge, die in einem Netz von Quellen und Senken unterwegs sind und viele einzelne Positionen frei und flexibel miteinander verknüpfen, sind Bestandteil eines Taxisystems. Solch ein FTS kann man sehr gut mit einem Taxiunternehmen in einer Stadt vergleichen. Für ein Taxisystem sind aber nicht nur leistungsfähige Fahrzeuge wichtig. Von größter Bedeutung ist die Leitsteuerung (Taxizentrale), bei der alle Informationen zusammenlaufen und optimal ausgewertet werden. Hier liegt letztlich das Optimierungspotenzial begründet. Um im Bild des Taxiunternehmens in einer Stadt zu bleiben: Für die Gründung eines erfolgreichen Taxiunternehmens reicht die Anschaffung eines PKWs als Droschke eben nicht aus. Es bedarf einer Taxizentrale, bei der alle Fahraufträge eingehen und jederzeit richtig informiert ist (Standorte der einzelnen Taxen, aktuelle Verkehrssituation in der Stadt ). In der Taxizentrale passiert das Mitdenken, so dass unterschiedliche Fahrzeugtypen beauftragt werden können und alle Aufträge termingerecht ausgeführt werden. Dabei wird eine Fülle von Randbedingungen beachtet, wie zum Beispiel Prioritäten, zeitlich begrenzte Layoutrestriktionen (Baustellen), Tagespläne usw. Der klassische Transportauftrag bei einem FTS im Taxibetrieb lautet: Hole von Quelle X und Bringe nach Senke Y. Dieser Auftrag wird in der FTS-Leitsteuerung verwaltet. Ganz ähnlich bestellt ein Fahrgast ein Taxi, um z. B. vom Hotel in die Innenstadt gebracht zu werden, in dem er die Taxizentrale anruft. Diese sorgt dann dafür, dass ein geeignetes Taxi diesen Transportauftrag durchführt und zurück meldet. Die Taxisysteme dienen üblicherweise zur Ver- und Entsorgung der Produktion oder zur Verkettung von Produktion/Produktionsbereichen mit Lager und Versand.

2.1.4 Fließlinienbetrieb und der Fokus auf die Serienmontage Die ersten FTS konnten nur im Fließlinienbetrieb eingesetzt werden. Es fehlten die heutigen Möglichkeiten, komplexe Layouts zu realisieren und das ganze anforderungsgerecht zu steuern. Heute findet man die Fließliniensysteme meist in Montagesystemen eingesetzt.

Bild 2-3 Prinzipskizzen des Fließlinienbetriebs, linear und verzweigt (nach VDI 2710-1)

Bei der Auslegung von Montagesystemen gibt es vielfältige Möglichkeiten, die Transporte zu realisieren. Dabei geht es hier um die Aggregate-Montage von Serien, wie z. B. die klassische Motorenmontage in der Automobilindustrie. Artverwandte Montagen in der Automobilindustrie betreffen Zylinderköpfe, Getriebe, Triebsätze, Lenkungen, Achsen, Türen und Cockpits. Auch in vielen anderen Branchen gibt es vergleichbare Montagen, wie z. B. in der Elektro-/ Elektronikindustrie, im Bereich der weißen und braunen Ware oder im Maschinenbau. Welche

18


Transportsysteme zum Einsatz kommen, unterliegt unterschiedlichen Kriterien, die technischer, wirtschaftlicher oder auch (firmen-) philosophischer Natur sind.

2.1.4.1 Aufgabenstellungen in der Serienmontage In solchen Montagebereichen gibt es drei wesentliche Aufgabenstellungen für Transportsysteme. Da ist zunächst die Hauptmontagelinie, in der das zu montierende Produkt (also z. B. der PKW-Motor) vom Startpunkt der Montage bis zum Endpunkt transportiert werden muss. Zwischen Start- und Endpunkt findet die eigentliche Montage statt (Anwendung Montagelinie).

Bild 2-4 Montage von Druckmaschinen bei KBA (Quelle: Snox, 2008)

Die zweite Aufgabenstellung betrifft die Kommissionierung der Teile für die Montage. Da die Typenvielfalt meist zu groß ist, als dass alle notwendigen Teile direkt an der Montagelinie bevorratet werden könnten, werden in einer separaten Kommissionierzone bestimmte Teile typengerecht zusammengestellt. Für den Transport der Kommissionierbehälter, z. B. Warenkörbe ist ebenfalls ein Transportsystem erforderlich (Anwendung Kommissionierung).


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Bild 2-5 Automatische Gabelhubwagen beim Einsatz in der Kommissionierung (Quelle: Rocla, 2010)

Zu guter Letzt müssen die Kommissionierbehälter von der Kommissionierzone zur Montagelinie transportiert werden. Dieser Transport muss nicht zwangsläufig mit demselben Transportsystem durchgeführt werden, das in der Kommissionierzone verwendet wird (Anwendung Transport). In der Praxis findet man neben dem FTS folgende Transportsysteme in der Serienmontage: Starres Montageband (SMB): Unter diesem Namen sollen hier unterschiedliche technische Ausführungen verstanden werden, wie die Werkstückträger mit konstantem Vorschub oder getaktet durch die Montage transportiert werden: z. B. mit Kettenförderern, Rollenbahnen oder über eine Welle basierend auf dem Schrägrollenprinzip. Einschienen-Hängebahn (EHB): Elektrisch einzeln angetriebene Fahrwerke fahren auf einer Schiene, die entweder von der Hallendecke abgehängt oder an aufgeständertem Stahlbau befestigt ist. An den Fahrwerken befinden sich Gehänge, die das Transportgut aufnehmen. Flurförderzeug (FFZ): Unter diesem Begriff sind die manuellen Einzelfahrzeuge zusammengefasst, also z. B. die Gabelstapler oder Schlepper. Auch Handwagen fassen wir unter diese Gruppe.

20


Bild 2-6 Ein einfaches Anhänger-ziehendes FTF schleppt die kommissionsweise mit Einbauteilen bestückten Transportwagen ans Montageband (Quelle: DS, 2004)

Prinzipiell sind alle genannten Transportsysteme für die Aufgabenstellungen einsetzbar. Allerdings führt eine erste Betrachtung der Wirtschaftlichkeit zu folgender Eignungstabelle: Tabelle 2-1 Eignungstabelle der Fördertechniken für die Aufgabenstellungen in der Serienmontage Montagelinie

Kommissionierung

Transport

SMB

+

O

O

FTS

+

+

+

EHB

O

O

O

FFZ

O

+

Erklärung der Symbole:

Nicht geeignet:

Bedingt geeignet: O

Sehr geeignet: +

Die starren Montagebänder (SMB) eignen sich nur für die Montagelinie, weil sie zur Kommissionierung und für den reinen Transport zu starr, unflexibel, langsam und teuer sind. Darüber hinaus werden Wege verbaut und Durchgänge versperrt. Die manuellen Flurförderzeuge sind für den reinen Transport sinnvoll, da die Personalkosten in der langsamen Montage und der langwierigen Kommissionierung zu hoch wären. In der Kommissionierung müsste der Fahrer selbst die Teile picken, was aber angesichts des umständlichen Auf- und Absteigens auf den Fahrersitz wenig sinnvoll erscheint. Der Handwagen ist hier die preiswerte Alternative. Die EHB nimmt eine Sonderstellung ein. Hier hängt alles von den Platzverhältnissen und der Hallen-/Deckenbeschaffenheit vor Ort ab. Aber in den meisten Fällen wird es flexiblere und kostengünstigere Lösungen geben. Die EHB ist also nur sehr schwer generell mit ihren Konkurrenten vergleichbar.


21

Aus den genannten Gründen wird im Folgenden lediglich auf drei Paarungen eingegangen: Für die Hauptmontagelinie:

FTS vs. SMB

Für den Transport:

FTS vs. FFZ

Für die Kommissionierung:

FTS vs. FFZ (eigentlich nur Handwagen)

2.1.4.2 FTS oder SMB in der Montagelinie? Hier hängt zunächst einmal viel vom Layout der Linie ab. Je einfacher das Layout, desto eher eignet sich das SMB. Denn die Realisierung von Verzweigungen, Boxenfertigung und Insellösungen ist nur mit dem FTS einfach möglich und kostet nicht mehr. Das Layout wird auch anspruchsvoller, wenn es getaktete Bereiche ebenso gibt wie Fließmontage-Bereiche. Komplexe Layouts bedeuten mit dem SMB außerdem extreme Einschränkungen der Zugänglichkeit. Flächen werden verbaut, Wege versperrt, und die Ergonomie der Montage leidet. Beschränkt man sich auf das einfache Oval, so hat das SMB den Vorteil, einfach konstante Vorschübe einstellen zu können. Die starre Fließmontage braucht kein FTS! Zudem ist die Technik des SMB verglichen mit dem FTS einfacher, und deshalb noch robuster und zuverlässiger. Aber häufig ist das einfache Oval lediglich eine unrealistische Wunschvorstellung: Wie sieht z. B. das Prüfkonzept in der Montage aus? Gibt es eine 100-%-Prüfung oder wird nur statistisch geprüft? Müssen ab und zu einzelne Werkstückträger doch an separate Prüfplätze? Die gleiche Frage stellt sich für die Nacharbeit: Was soll geschehen, wenn Fehler entdeckt werden? Meist macht es keinen Sinn, N.I.O-Werkstücke weiter zu komplettieren, also ungeachtet des Fehlers mit den anderen Werkstücken durchzuschleusen. Man braucht also doch wieder eigene Inseln. Das größte Argument für das FTS ist die Layoutflexibilität. Will man während des Betriebs der Anlage das Layout ändern, wird es beim SMB schwierig und teuer. Änderungen an der Linie können auftreten, wenn sich die Montageinhalte ändern (z. B. bei neuen Produkten), weil sich die produzierten Stückzahlen ändern oder weil einfach nach einer gewissen Erfahrung Optimierungen im Ablauf umgesetzt werden sollen. Hier spielt das FTS seine Vorteile aus. Neben dem Layout der Montagelinie ist ein weiteres Kriterium von entscheidender Bedeutung: Gibt es Automatik-Stationen in der Linie, die eine hochgenaue Positionierung sowie die Aufnahme von hohen Kräften und Momenten erfordern? Ein Beispiel für solche Linien ist die Rumpfmontage von Motoren. Für das SMB ist das kein Problem. Der Werkstückträger wird durch Absteckungen mit hoher Genauigkeit fixiert. Solche Stationen sind auch mit dem FTS machbar, allerdings mit erheblich höherem Aufwand. Hier kommt es also letztlich auf die Anzahl solcher Automatik-Stationen an! Häufig wird der geringere Platzbedarf als Vorteil des SMB gegenüber dem FTS genannt. Dieses Argument ist insofern richtig, als dass der Platzbedarf der Montagelinie mit dem SMB minimiert werden kann wenn es sein muss (weil nur eine bestimmte Fläche zur Verfügung steht) oder unbedingt gewollt ist (Firmenphilosophie). Doch darf dieses Argument nicht losgelöst betrachtet werden. Je weniger Platz in der Montage zur Verfügung steht, desto weniger zu verbauendes Material kann direkt vor Ort bevorratet werden. Das bedeutet, dass kommissionierte Teile just-in-time ans Band geliefert werden müssen. Das bedeutet wiederum, dass an anderer Stelle eine umfangreiche Kommissionierung aufgebaut werden muss. Der Platzbedarf in Summe, also in Montage und Kommissionierung,

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wird nahezu gleich sein. Der Platzbedarf für die Transporte von der Kommissionierung zur Montage, bzw. die Mitbenutzung vorhandener Wege ist dabei noch unberücksichtigt.

2.1.4.3 FTS oder Gabelstapler für Kommissionierung und Transport? In der Kommissionierung und beim reinen Transport geht es um den Vergleich des FFZ (bzw. Handwagen) mit dem FTS, also einer manuellen mit einer automatisierten Fördertechnik. Weil es eine Reihe von prinzipiellen Unterschieden gibt, die unabhängig von der speziellen Aufgabenstellung sind, sollen diese Unterschiede vorher dargestellt werden. Es sind generell zwei Gruppen von Argumenten, die für die Automatisierung sprechen. Die erste Gruppe dreht sich um die Qualität der Transporte. Das FTS verhindert alle Arten von Transportschäden, und zwar sowohl die Schäden am Transportgut als auch die Schäden an den stationären Einrichtungen, wie Ladehilfsmittel, Säulen, Wände, Gestelle, Regale und Tore. Letztlich ist das FTS als Organisationsmittel zu betrachten, wie bereits weiter vorne ausgeführt. Es sorgt für optimalen Material- und Informationsfluss und damit für mehr Transparenz. Außerdem kommt es nicht mehr zu Fehllieferungen: die Automatisierung sorgt für absolut zuverlässige Transporte. Generell ist es sicherlich so, dass mit der Entwicklung der Computertechnik und damit verbunden der Steuerungs- und Sensortechnik der Markt für automatisierte Materialflusssysteme und damit auch für das FTS wächst. Gerade im Hinblick an die Produkt- und Produzentenhaftung, die viele Branchen dazu treibt, jeden einzelnen Prozessschritt ihrer Produktion zu dokumentieren, bedeutet das die Notwendigkeit der Automatisierung. Die zweite Gruppe von Argumenten betrifft die ideellen Vorteile des FTS gegenüber manuellen Fördertechniken: Die hochmoderne Logistik signalisiert nach innen und nach außen einen Technologievorsprung und hat damit eine nicht zu unterschätzende Image- und Motivationswirkung.

2.1.4.4 FTS oder einfach nur Handwagen in der Kommissionierung? Aber was bedeutet das für die Kommissionierung? Der vordergründige Vorteil der Handwagen ist deutlich: Die Investitionen und die Betriebskosten sind im Vergleich zum FTS vernachlässigbar. Wem die Leistung des Systems so ausreicht, ist mit der manuellen Variante gut bedient solange er nicht über den Tellerrand der Kommissionierung hinaussieht! Denn die Behälter oder Warenkörbe, die auf dem Handwagen gefüllt worden sind, müssen ja noch irgendwie zur Montagelinie und das sicherlich nicht durch einen Mitarbeiter, der den Handwagen zieht oder schiebt! Das FTS hat in der Kommissionierung weitere Qualitätsvorteile: Es sind Zwangsabläufe programmierbar, es können also feste Kommissionierplätze und Zielpunkte vorgegeben werden. Eine mitlaufende Dokumentation der Vorgänge geschieht ohne Mehraufwand. Außerdem sind nur mit dem FTS gemischt fließende und getaktete Kommissionierbereiche realisierbar.

2.1.4.5 FTS oder Gabelstapler für den reinen Transport? Wenn die Kommissionierbehälter oder Warenkörbe zu den Montagelinien transportiert werden müssen, kommt es zu dem klassischen Wettbewerb zwischen Gabelstapler (oder Schlepper) und den Fahrerlosen Transportfahrzeugen. Neben den o. g. allgemeinen Unterschieden zwi-


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schen manueller und automatisierter Fördertechnik konzentriert sich der Vergleich hier auf folgende Punkte: Vergleicht man die Kosten der Systeme, und zwar nicht nur die Erst-Investitionen, sondern im Sinne von TCO4, dann relativieren sich die zunächst höheren Investitionen für das FTS durch die niedrigeren Instandhaltungskosten. Die Automatisierungstechnik geht wesentlich schonender mit der Technik um: durch die gleichmäßige und schonende Fahrweise wird der Verschleiß von Reifen, Batterien, Antrieben usw. deutlich reduziert. Außerdem ist es ein offenes Geheimnis, dass die Fahrerlosen Transportfahrzeuge für einen Dauereinsatz von weit mehr als zehn Jahren konstruiert sind, im Gegensatz zu Lebensdauern von ca. 3-4 Jahren bei Gabelstaplern. Um den Wirtschaftlichkeitsvergleich zu vervollständigen, müssen natürlich noch die Personalkosten berücksichtigt werden, die bei den Gabelstaplern und Schleppern maßgeblich ins Gewicht fallen. Im Zweischichtbetrieb muss pro Fahrzeug mit drei Fahrern gerechnet werden, im Dreischichtbetrieb sind es sogar ca. 4,5. Bei jährlichen Vollkosten von ca. 40.000 pro Fahrer gerät jeder vermeintliche Investitionsvorteil der manuellen Systeme ins Wanken. Der Vergleich der FFZ mit dem FTS zeigt weitere ideelle Vorteile für das FTS auf: z. B. in Hinsicht auf die Verfügbarkeit und Kontinuität. Das FTS arbeitet unspektakulär, ohne Unterbrechung und ohne jegliche Hektik. Es arbeitet darüber hinaus sicher und unfallfrei. Es schafft Ordnung und Sauberkeit; der Stress wird reduziert und es entsteht eine angenehme Umgebungsatmosphäre.

2.1.4.6 Resümee für die Serienmontage Das FTS ist eine ernstzunehmende Alternative für alle drei hier behandelten Aufgabenstellungen. Da Serienmontagen üblicherweise nicht für eine kurze Zeit, sondern für mindestens fünf Jahre ausgelegt sind (natürlich mit regelmäßigen Layout-Anpassungen), spricht vieles wegen der niedrigen Betriebskosten und dem geringen Aufwand bei Änderungen für das FTS. Und zwar durchgängig für alle drei Aufgabenstellungen. Das FTS in der Montage, in der Kommissionierung und für den Transport dazwischen die durchgängige Variante ohne Wechsel des Transportsystems! Und: Warum sollte man Anbauteile in einen Warenkorb, auf ein Tablett oder Regal legen, nur damit es kurze Zeit später wieder aufgenommen und an das Werkstück montiert wird, was nach MTM5-Gesichtspunkten unsinnig wäre. Besser ist es, das Werkstück auf dem FTF durch die Kommissionierung zu schicken und bereits dort Vormontagen durchzuführen: Komplizierte Anbauteile werden nicht aufwendig neben dem Werkstück abgelegt, sondern bereits an das Werkstück fixiert, so dass die klassische Aufteilung Montage und Kommissionierung aufgebrochen wird. Zwar benötigt das FTS in der Montage mehr Platz als das SMB, aber unter Berücksichtigung des Platzbedarfes in der Kommissionierung gelingt bei ganzheitlicher Planung mit dem FTS eine ganzheitlich verbesserte Lösung! Mit einer Zusatzoption, die nur das FTS bietet: Die Planung mit ihren umfangreichen MTMAnalysen stößt im Alltag auf ihre Grenzen. Sind FTS-Montagelinien bereits mit entsprechenden Insellösungen oder Wechselarbeitsplätzen geplant, können vor Ort die Meister, Vorarbei4

TCO = Total Cost Of Ownership

5

MTM = Methods-Time Measurement, was mit Methodenzeit-Messung übersetzt werden kann

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ter und Mitarbeiter ohne großen Aufwand ihre eigenen Optimierungen durchführen. Damit wird die Eigenverantwortung der Montage-Mitarbeiter erhöht und die Motivation gesteigert alles im Sinne einer ständigen Produktivitätsverbesserung.

2.1.5 Außeneinsatz (Outdoor) Der Außeneinsatz stellt für Fahrerlose Transportfahrzeuge eine besondere Herausforderung dar. Zunächst sind alle Fahrzeugkomponenten erheblichen Belastungen ausgesetzt; dies trifft besonders auf die notwendigen und empfindlichen Steuerungs- und Sensorsysteme zu. Das mitteleuropäische Wetter und vor allem die große Spannweite von Wettersituationen machen den Outdoor-Betrieb so anspruchsvoll. Im Einzelnen sind es folgende Wetterbedingungen: • Extrem hohe Temperaturen im Sommer (bis 40 Grad) • Extrem niedrige Temperaturen (Frost) im Winter (bis minus 30 Grad) • Extrem hohe Temperaturänderungen bei gemischtem Indoor-/Outdoor-Betrieb • Extrem unterschiedliche Lichtverhältnisse (Dunkelheit, bewölkter Himmel, extremer Sonnenschein, hoch- und niedrigstehende Sonne) • Nebel • Schneefall • Starker Regen • Glatteis/Blitzeis • Veränderliche Bodenverhältnisse (Reibbeiwerte), welche die Traktion und das Bremsvermögen beeinflussen.

Bild 2-7 Ein automatischer LKW im Wintereinsatz (Quelle: Götting)

Das Wetter hat vielfältigen Einfluss auf die Konzeption und Konstruktion eines Outdoor-FTF. Viele der relevanten Punkte sind ja nicht neu, sondern nicht zuletzt bei handelsüblichen LKW


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gang und gäbe. Für zwei typische FTS-Funktionalitäten stellt das Wetter aber eine zusätzliche und besonders anspruchsvolle Herausforderung dar: Die Navigation und die Sicherheit. Beide Funktionalitäten sollen hier kurz angesprochen werden, um die Besonderheiten herauszustellen, auch wenn die Grundlagen der FTS-Technik erst im nächsten Kapitel behandelt werden.

Bild 2-8 Ein automatischer Wechselbrückenumsetzer (Quelle: Götting)

2.1.5.1 Personenschutz im Außenbereich Bei der Systemkonzeption eines Outdoor-FTS steht die Sicherheit, allem voran der Personenschutz, an erster Stelle. Für den Indoor-Einsatz gibt es schon seit längerem berührungslose Sensoren, meist auf Basis von Laserscannern, die von der Berufsgenossenschaft zugelassen sind. Die meisten IndoorFTF verfügen heute über einen (gelben) Laserscanner für den Personenschutz. Mechanische Schutzeinrichtungen wie Softschaumbumper oder Kunststoffbügel werden nur noch selten eingesetzt. Häufig kommen zusätzlich zu den Laserscannern noch Trittleisten für den Notstopp zum Einsatz, die in Fahrtrichtung aber auch an den Seiten des Fahrzeugs montiert sind. Bisher gab es solche Systeme für den Außeneinsatz nicht. Einerseits ist der Einsatz von Laserscannern bei allen denkbaren Wetterbedingungen komplizierter, andererseits ist der Aufwand für eine Zulassung hoch. Deshalb sind alle bisherigen Outdoor-FTF, die nicht in abgegrenzten Bereichen fahren, mit relativ großen mechanischen Notaus-Bügeln ausgestattet. Die Sensoren, die zusätzlich angebracht sind, unterstützen lediglich diesen mechanischen Bumper. Für sich allein dürfen sie den Personenschutz nicht verantworten. Die Größe bzw. Länge (in Fahrtrichtung) der mechanischen Bumper ist rein konstruktiv begrenzt und begrenzt seinerseits wieder die Fahrgeschwindigkeit des FTF. Für eine max. Fahrgeschwindigkeit von 6 km/h ist typischerweise ein ca. 1,30 m langer Bumper erforderlich.

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Bild 2-9 Sicherheitseinrichtungen am Outdoor-FTF (Quelle: Götting)

Seit 2007 ist ein Sensorsystem auf dem Markt, das erstmalig die Zulassung für den OutdoorEinsatz erhalten hat (seit dem 23.11.2007 vom TÜV-Rheinland). Es heißt OS2000 und wird von der Fa. Sick AG in Waldkirch hergestellt und vertrieben. Es basiert auf dem bisherigen Outdoor-Laserscanner (LMS), wird aber von einer speziellen Steuerbox (ähnlich dem bekannten LSI-Modul bei den PLS-Produkten) ergänzt. In dieser Steuerbox laufen die Algorithmen ab, um auch bei starkem Regen, Schneefall und Nebel verlässliche Werte zu liefern, ohne das FTF unnötig zu stoppen. Bestandteil der Genehmigung ist das regelmäßige Erkennung eines Testziels (7 cm schwarze Fläche), das sich je nach Fahrgeschwindigkeit vorn am FTF oder aber in regelmäßigen Abständen stationär entlang der FTS-Trasse befinden muss. Einschränkend muss gesagt werden, dass in den meisten realen Einsatzfällen doch ortsfeste Referenzmarken erforderlich sind, die in regelmäßigen Abständen zur Überprüfung des Systems angepeilt werden müssen. Inwieweit diese Notwendigkeit die Praktikabilität beeinträchtigt, hängt vom Einzelfall und dabei speziell vom Systemlieferanten ab. Der Einsatz dieses neuen Sensorsystems erscheint trotzdem dringend empfehlenswert. Auf ausladende mechanische Schutzbügel kann dann verzichtet werden. Trotzdem empfiehlt sich eine Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit auf 6 km/h, und zwar aus zwei Gründen: • Diese begrenzte Geschwindigkeit erhöht eindeutig weiter die Sicherheit gegenüber der heutigen manuellen Praxis und schafft Vertrauen. • Für Geschwindigkeit über 6 km/h ist eine Zulassung für den öffentlichen Straßenverkehr erforderlich6, was den Aufwand enorm steigern würde.

6

In der am 01.03.2007 in Kraft getretenen Fahrzeug-Zulassungs-Verordnung 5 (FZV) wird die Zulassung von Kfz über 6 km/h bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit (bbH) und ihren Anhängern geregelt.


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2.1.5.2 Navigation im Außenbereich Grundsätzlich gibt es eine Fülle von Verfahren, ein FTF zu navigieren. Spricht man allerdings über einen Einsatz im Außenbereich, kommen die meisten Verfahren nicht mehr in Frage. Nach dem aktuellen Stand der Technik verbleiben drei Verfahren für den Outdoor-Einsatz: • Transponder-Navigation • GPS-Navigation • Laser-Navigation. Die Lasernavigation ist aufgrund der begrenzten Reichweite und der Empfindlichkeit gegen intensive Sonneneinstrahlung oder starken Regen/Schneefall für den Außeneinsatz nicht geeignet. Transponder sind Datenträger mit eindeutiger Kodierung. Sie werden entlang des Fahrweges in den Boden eingelassen, normalerweise nur wenige Zentimeter unter der Oberfläche. Das FTF ist an seiner Unterseite mit einer Transponder-Antenne ausgestattet Diese Antenne versorgt beim Überfahren des Transponders diesen mit einem induzierten Strom, so dass der eigentlich passive Transponder in die Lage versetzt wird, seine Kodierung zu senden. Die Fahrzeugantenne liest diese Kodierung und nutzt sie zur Positionserkennung und letztlich zur Navigation. Es gibt verschieden große Transponder, die dann in Kombination mit der eingesetzten Fahrzeugantenne unterschiedliche Leseabstände und Genauigkeiten ermöglichen. Generell gilt: Je kürzer der Abstand zwischen Antenne und Transponder, desto höher die Genauigkeit. Die Transponder variieren von 2,5 bis 8 cm Durchmesser, der Leseabstand von 10 bis 40 cm und die Genauigkeit von 2 bis 20 mm. Der Verlegevorgang ist dann sehr einfach, wenn die Fahrbahnoberfläche frei von metallischen Stoffen ist. Ist das nicht der Fall, muss großzügiger gebohrt und die Transponder mit Beton vergossen werden, was den Aufwand entsprechend erhöht. Diese Art der Navigation ist sehr robust, braucht aber als Voraussetzung einen festen Boden, der sich auch in der Mittagshitze im Hochsommer genauso unbeeindruckt zeigt wie bei Belastung durch überfahrende Schwerlast-Fahrzeuge. Die erzielbaren Positioniergenauigkeiten liegen im Zentimeterbereich. Der LKW in Bild 2-8 nutzt diese Art der Navigation. Die zweite Methode FTF im Außenbereich zu navigieren, ist das GPS7. Die GPS-Satellitennavigation wird für den FTS-Einsatz in Form des dGPS eingesetzt. dGPS bedeutet differential GPS und meint die Verwendung eines zusätzlichen GPS-Empfängers, der nicht auf dem FTF, sondern stationär fest installiert ist. Mit Hilfe dieses ortsfesten GPS-Empfängers wird der sich zeitlich ändernde Fehler ermittelt, der dem GPS-System eigen ist. Mit Hilfe dieser Kenntnis können zeitgleich die fahrenden GPS-Empfänger auf den FTF exakte Positionen ermitteln.

7

GPS = Global Positioning System, offiziell NAVSTAR GPS, ist ein globales Navigationssatellitensystem zur Positionsbestimmung und Zeitmessung.

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Bild 2-10 Ein Sonder-FTF setzt Pakete mit Steinen im Betonwerk um; Navigation: Real Time Kinematic Differential GPS (Quelle: FhG-IML u. Götting)

Diese Navigationstechnik funktioniert im Gegensatz zur Transponder-Navigation auf jedem Boden, braucht allerdings die freie Sicht nach oben. Steile Wände, nahe am FTF-Fahrweg sind ebenso Gift wie Brücken oder andere Fahrweg-Überquerungen, z. B. Rohrleitungen. Typischerweise braucht das System einen freien Sichtkegel von 15 Grad nach oben, um zuverlässig arbeiten zu können. Die Schritte zur Erlangung der erforderlichen Fahr- und Positioniergenauigkeit sind: 1. Prüfung der örtlichen Gegebenheiten, insb. der Empfangsstärken der Satelliten 2. Einsatz des Differential-GPS 3. Real Time Kinematic Differential GPS. Die erzielbare Positioniergenauigkeit des normalen GPS liegt bei ± 12 m. Durch Errichtung einer Referenzstation, deren Position exakt vermessen wird, kann ein Korrekturwert über ein Kurzwellen-Sender an die FTF übertragen werden. Damit kann die Genauigkeit auf ca. ± 1 m verbessert werden (Differential GPS). Wenn darüber hinaus im mobilen Empfänger auch noch eine Echtzeit-Auswertung der Trägerphase der empfangenen Satellitensignale erfolgt, lässt sich eine Genauigkeit im Zentimeterbereich erreichen. Der vielversprechende Name einer aufwändigen und sicher nicht preiswerten Technologie: Real Time Kinematic Differential GPS. Je genauer die Genauigkeit sein soll, desto höher sind die notwendigen Aufwendungen monetärer und technischer Art. Um die Bedeutung und die Machbarkeit des FTS im Außenbereich beurteilen zu können, helfen vielleicht folgende Tatsachen:


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1. Es gibt relativ wenige Outdoor-Projekte. 2. Leider gab es in der Vergangenheit mehrere FTS-Projekte, die von unerfahrenen Anbietern angeboten wurden und während der Realisierung Probleme machten. 3. Es gibt gerade für den Personenschutz und die Navigation keine Standards, wie sie für den Innenbereich existieren. Letztlich muss jeder neue Outdoor-Einsatz als Projekt ernst genommen werden. Jeder potenzielle Anbieter muss sich fragen lassen, ob er für solche Projekte über die Kompetenz und Erfahrung verfügt. Der heutige Stand der FTS-Technik erlaubt es (noch) nicht, dass sich FTF ähnlich wie fahrerbediente Gabelstapler weitgehend frei im Straßenverkehr bewegen können. FTF bewegen sich heute weitgehend blind und tastend, so dass organisatorische Hilfen unumgänglich sind. Zu dieser organisierten Ordnung gehören folgende Punkte: • Überall wo es möglich ist, sollte man Wege definieren, die nur von den FTF befahren werden. Wenn man diese Wege sogar mechanisch z. B. durch Zäune vom übrigen Verkehr abgrenzen kann, ist es optimal. • Auf jeden Fall sind die Verkehrsflächen hinsichtlich ihres Verwendungszweckes klar zu definieren und optisch zu markieren. So werden Fahrspuren, Parkplätze, Abstellflächen und gesperrte Flächen klar voneinander abgegrenzt. • Wenn möglich ist das Verkehrsaufkommen im Bereich der FTS-Strecken einzugrenzen, z. B. durch Bildung von Einbahnstraßen oder durch beschränkte Durchfahrtsverbote. • Wenn das FTF Fahrspuren des übrigen Verkehrs kreuzt, ist eine Ampelanlage, möglichst mit Beschrankung, vorzusehen. • Große Fußgängerströme sollten den Weg der FTF nicht direkt kreuzen, sondern z. B. mit einer Fußgängerbrücke über den FTS-Weg hinweg geleitet werden. Als wesentlicher Grund dieser Maßnahmen ist zu nennen, dass das FTF aufgrund der technisch bedingten übertriebenen Rücksichtnahme zu oft anhalten wird, wenn sich auf seinen Wegen viel Quer- und Gegenverkehr tummelt. Damit sinken die durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit und die Transportleistung. Außerdem muss jedem Anwender klar sein, dass die Wetterverhältnisse derart extrem werden können, dass der FTS-Betrieb eingestellt werden muss. Dazu zählen sicher die Vereisung der Straßen sowie extremer Schneesturm. Wenn der Gripp, also der Kontakt zwischen den Rädern und dem Boden nicht mehr gegeben ist, ist auch ein sicherer Betrieb nicht mehr möglich. Und wenn Massen von dicken Schneeflocken mit hoher Dynamik in alle Richtungen vor dem Personenschutz-Scanner fliegen, wird dieser von selbst seinen Dienst einstellen. Nun soll an dieser Stelle auf keinen Fall der Eindruck erweckt werden, dass ein betriebssicherer FTS-Einsatz im Außenbereich nicht möglich wäre. Aber Outdoor-Projekte verlangen in jedem Fall einen seriösen Umgang mit kompetenten Partnern.

2.1.6 Argumente für den FTS-Einsatz An dieser Stelle wollen wir die Vorteile des FTS zusammenfassen. Sie tauchen vereinzelt oder in abgewandelter Form sicher an anderen Stellen dieser Fibel wieder auf, hier wollen wir die Argumente noch einmal zusammenstellen. Dabei geht es nicht um die Betrachtung der Wirt-

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schaftlichkeit, die ja in jedem Fall gegeben sein muss, sondern um die technischen und organisatorischen Argumente: • Organisierter Material- und Informationsfluss; dadurch produktivitätssteigernde Transparenz innerbetrieblicher Logistikabläufe • Jederzeit pünktliche und kalkulierbare Transportvorgänge • Minimierung von Angstvorräten und Wartebeständen im Produktionsbereich • Verringerung der Personalbindung im Transport und dadurch Senkung der Personalkosten (insbesondere beim Mehrschichtbetrieb) • Minimierung von Transportschäden und Fehllieferungen; dadurch Vermeidung von Folgekosten • Hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit • Verbesserung der Arbeitsumgebung; sichere und angenehmere Arbeitsbedingungen durch geordnete Abläufe, saubere und leise Transportvorgänge • Positive Innenwirkung auf die Belegschaft • Positive Außenwirkung innerhalb des Konzernverbundes (Standortsicherung) • Positive Außenwirkung gegenüber den Kunden • Hohe Präzision bei automatischer Lastübergabe • Geringfügige Infrastrukturmaßnahmen • Leichte Realisierung von Kreuzungen und Verzweigungspunkten • Mehrfachbenutzung der Förderebene möglich • Einsatzmöglichkeit eines Ersatzfördermittels (Gabelstapler) • Eignung sowohl für geringe als auch für große Raumhöhen • Hohe Transparenz des Fördergeschehens • In der Regel kein zusätzlicher Verkehrsflächenbedarf • Benutzung vorhandener Fahrwege • Innen- und Außeneinsatz möglich • Vielfältige Zusatzfunktionen realisierbar: Ordnen, entscheiden, Daten weiterleiten, Daten erheben, Ware wiegen, Abläufe organisieren, Lager verwalten, Stellplätze verwalten, Lasten erkennen, verschiedene Layouts beherrschen, Paletten finden, LKW beladen, intelligente Sicherheit, sich intelligent und situationsbedingt verhalten (Feuerwehr-Schaltung, verschiedene Einsatz-Modi), pfiffige Aktivitäten bei Leerzeiten (z. B. nächtliches Umlagern), intelligente Ladestrategien, mobiler Roboter, Kommissionier-Funktionen usw. Äußerst zeitgemäß ist dabei die Nachverfolgbarkeit der logistischen Prozesse. Alle Produktbewegungen werden zuverlässig erledigt und protokolliert. Dadurch entsteht eine lückenlose Prozesshistorie, die für interne Prüfungen, aber auch im Sinne der Produkthaftung sinnvoll und erforderlich ist. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass ein FTS ein mächtiges Werkzeug der Intralogistik darstellt.

2.2 Branchenbezogene Aspekte und Beispiele

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2.2 Branchenbezogene Aspekte und Beispiele Die Fahrerlosen Transportsysteme erleben ihre dritte Epoche, die wie vorne beschrieben Mitte der 1990er Jahre begann und bis ca. 2010 andauert. So wollen wir uns in diesem Kapitel einige Projekt-Beispiele anschauen, die im letzten Jahrzehnt realisiert wurden. Damit konzentrieren wir uns auf weitgehend aktuelle Projekte. Diese dritte Epoche ist dadurch gekennzeichnet, dass sich mehr und mehr Anwenderbranchen dem FTS öffnen. Das klingt zunächst gut, weil sich den FTS-Anbietern peu à peu Märkte erschließen. Man darf aber nicht vergessen, dass diese dritte Epoche quasi aus dem Nichts entstand und der plötzliche Markteinbruch Anfang der 1990er Jahre kompensiert werden musste. Der Neubeginn Mitte der 1990er Jahre geschah mit einer neuen Bieterlandschaft, die nun erstmals weitgehend von mittelständischen Unternehmen geprägt ist, die meist zwischen 40 und 80 Mitarbeiter haben. Konzentrierten sich während der zweiten FTS-Epoche einige große Anbieter auf eine einzige Anwenderbranche, nämlich die Automobilindustrie, so haben es in der Neuzeit viele kleine und mittelständische Unternehmen mit einer Fülle von unterschiedlichsten Anwenderbranchen zu tun. Das macht das heutige FTS-Geschäft so vielseitig. Das FTS-Geschäft ist überaus spannend, weil die Unternehmen ihre ganze Ingenieurkunst anwenden können, um ein anspruchsvolles Produkt in unterschiedlichste Märkte zu verkaufen. Das ist aber natürlich auch gleichzeitig schwierig, weil der Vertriebsprozess meist weitgehend passiv geschieht. Was bedeutet nun passiver oder aktiver Vertriebsprozess in dem hier vorherrschenden Projektgeschäft? Ein passiver Vertriebsprozess ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anbieter aufgrund seiner eingeschränkten Ressourcen und der unendlichen Branchenvielfalt lediglich auf eingehende Projektanfragen reagiert. Eine Ausschreibung, die per Post, Fax oder E-Mail beim Anbieter eingeht, wird bearbeitet. Der Vorteil besteht darin, dass alle Ressourcen für die Bearbeitung realer Anfragen verwendet werden und Kosten für aktiv-strategisches Tun gespart werden können. Ein aktiver Vertriebsprozess bedeutet, dass sich der FTS-Anbieter auf einige wenige Zielbranchen konzentriert und dort aktives Marketing betreibt. Das heißt nicht, dass Anfragen aus anderen Branchen nicht bearbeitet werden dürfen. Es bedeutet nur, dass der Anbieter sich in den ausgesuchten Zielbranchen genauestens auskennt und als kompetenter mitdenkender und mitleidender Systempartner bessere Chancen bei der Projektvergabe erhoffen kann. Wie aktiv oder passiv die einzelnen Anbieter ihr Geschäft betreiben, entscheiden diese selbst. Auf jeden Fall war die dritte FTS-Epoche bis hier her für die FTS-Branche nicht einfach. Es gibt immer noch eine Vielzahl von kleinen und mittelständischen Unternehmen, die sich um jedes einzelne FTS-Projekt bemühen und der Preisdruck ist hoch. Die Vertriebsmannschaften erarbeiten zu viele Angebote, die dann doch nicht zu einem Auftrag führen. Die Preise sind meist extrem verhandelt, so dass die Gewinnmargen in den Projekten niedrig sind, zumal viele Projekte aufgrund ihrer Komplexität unvorhergesehene Risiken bergen. Doch zurück zu den Anwenderbranchen, und den wachsenden Möglichkeiten, die sich weltweit ergeben. Die Technik bietet einen Baukasten, mit dem zuverlässige und leistungsfähige FTS-Lösungen machbar sind, die Qualitätsanforderungen in den Zielbranchen steigen und die Personalkosten ebenso soweit also eine positive Prognose, was die Märkte angeht. Im Fol-

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genden nennen wir beispielhaft Branchen und Projekte, zeigen Fotos und geben branchenbezogene Hinweise.

2.2.1 Automobil- und Zulieferindustrie Es erscheint zunächst paradox, hier mit der Automobilindustrie zu beginnen, hatte sie sich doch um 1980 herum komplett vom FTS verabschiedet. Doch nach einigen Jahren der Abstinenz hielten Ende der 1990er Jahre doch wieder erste FTS-Projekte Einzug in den Autowerken. Wir bringen hier drei Beispiele um zu zeigen, dass es ganz unterschiedliche Einsatzfälle gibt, von betont einfach, also dem japanischen KAIZEN-Gedanken folgend, über funktional, technisch anspruchsvoll aber vernünftig, bis hin zu außergewöhnlichen Verwendungen.

2.2.1.1 FTS in der Gläsernen Manufaktur Dresden (Volkswagen) In der Gläsernen Manufaktur in Dresden montiert die Volkswagen AG seit 2001 das damals neue Oberklasse-Modell Phaeton. Die Materialversorgung der Montagelinien übernimmt ein Fahrerloses Transportsystem (FTS) mit 56 frei navigierenden Fahrzeugen. Das FTS kommt aus der projektbezogenen Partnerschaft zwischen FROG (Steuerung und Navigation) und AFT (Mechanik).

Bild 2-11 Blick auf die Montagelinie. Ein im Boden eingelassener Schuppenförderer schlängelt sich durch die Montage (Quelle: Volkswagen)

Die Gläserne Manufaktur ist kein gewöhnliches Automobilwerk. Der hohe Anspruch an das neue Produkt wurde gleichsam an die Produktionsstätte gestellt. Die Anlagen und Einrichtungen präsentieren sich hell und freundlich, die Platzverhältnisse sind großzügig und der Boden ist mit wertvollem Ahorn-Parkett ausgelegt. Einmalig ist auch die Arbeitsorganisation: Die


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Betonung der handwerklichen manufakturartigen Tätigkeiten als Gegenpol zu rein leistungsbezogenen Fließbändern, kombiniert mit anspruchsvollster innovativer Technik, soll dem Image des Phaeton entsprechen und seinen hohen Qualitätsstandard sicherstellen. Die Produktion verteilt sich auf drei Ebenen. Die eigentliche Montage findet auf den beiden oberen Montageebenen statt: Die Rohkarosse steht dabei auf einer Montageplattform, die Teil des Schuppenbandes ist, das sich bündig in den Hallenboden einfügt und mit konstanter Geschwindigkeit durch die Montagetakte bewegt. Anschließend erfolgt die Übergabe an eine schwere Elektrohängebahn (EHB) zur Hängemontage. Während der Hängemontage erfolgt die Hochzeit, d. h. das Zusammenfügen von Karosse und Triebsatz, wobei der Triebsatz von einem Fahrerlosen Transportfahrzeug (FTF) herangebracht wird. Anschließend wird die Karosse wieder auf eine Schubplattform, die sog. Schuppe, zur Komplettierung und Qualitätskontrolle gestellt. Im Untergeschoss, der Logistikebene, wird das zu verbauende Material bereitgestellt und kommissioniert. Das FTS übernimmt die Versorgung der Montagelinien mit diesem Material und damit eine wichtige logistische Funktion. Um zwischen den Ebenen zu wechseln, nutzen die automatischen Fahrzeuge Aufzüge. Eine Besonderheit betrifft die Navigation: Auf den Montageebenen der Gläsernen Manufaktur ist als Fußboden statt des üblichen Estrichs ein edles Ahorn-Parkett in gleich großen Platten verlegt worden. Diese wurden vor der Verlegung mit je vier Dauermagneten auszustatten. Die Magnete, die einen Durchmesser von 8 mm haben und 5 mm hoch sind, wurden in Sacklöcher an der Unterseite der Platten eingepresst und mit einer Füllmasse verschlossen. Als Folge dieser Maßnahme existiert heute auf den Montageebenen ein durchgängiges Magnetraster zur vollkommen flexiblen Fahrkursgestaltung. Das FTS hat die grundsätzliche Aufgabe, die Montagelinien zu versorgen. Dabei müssen folgende Warentypen angeliefert werden: 1. 2. 3. 4. 5.

Warenkörbe auf die Schuppe und zur Hängemontage Schalttafeln (Cockpits) Kabelstränge Triebwerke mit Fahrwerk und Ausführung der Hochzeit Türen plus zusätzliche Warenkörbe.

Die unterschiedlichen Warentypen erfordern zwei verschiedene Fahrzeugarten. Das kleine Fahrzeug (für die Positionen 1 bis 3) hat eine Tragfähigkeit von 800 kg und einen Differentialantrieb, d. h. zwei getrennt angetriebene, nicht gelenkte Räder in der Mitte des Fahrzeuges und jeweils ein frei drehbares Stützrad mittig vorn und hinten. Es kann damit vorwärts wie rückwärts gleichermaßen exakt fahren, sehr enge Kurvenradien realisieren und auf der Stelle drehen.

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Bild 2-12 Die Hochzeitsstation. Von oben nähert sich eine Karosserie im EHB-Fahrwerk, unten im Vordergrund wartet ein FTF mit dem Antriebsstrang, im Hintergrund fährt ein WarenkorbFTF vorbei (Quelle: Volkswagen)

Das große Fahrzeug transportiert das Triebwerk mit Fahrwerk und die Türen (Positionen 4 und 5). Seine Tragfähigkeit beträgt 2.500 kg, und es ist 1 m länger als das kleine. Das Diagonalfahrzeug hat eine 4-Rad-Fahrwerkskinematik − vorn links und hinten rechts jeweils ein angetriebenes und gelenktes Rad sowie vorn rechts und hinten links eine frei drehende Stützrolle. Mit diesem Fahrwerk lassen sich fast alle Bewegungen in der Ebene ausführen, vor allem auch die Querfahrt. Diese ist an der Hochzeitsstation erforderlich, wo das Triebwerk mit dem Fahrwerk (auf dem FTF) mit der Karosse (an der EHB) zusammengefügt wird.


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Bild 2-13 Noch einmal die Hochzeitsstation: vorne entfernt sich ein leeres FTF, dahinter die Verheiratung, Antriebsstrang von unten, Karosserie von oben (Quelle: Volkswagen)

Der Transport der Warenkörbe zum Schuppenband ist völlig neuartig und stellt höchste Anforderungen an die FTS- und FTF-Steuerung. Die FTF nehmen auf der Logistikebene einen kommissionierten Warenkorb auf, indem sie ihn unterfahren und leicht anheben. Dann bringen sie ihn mit Hilfe des Aufzugs auf die Montageebene. Dort sollen sie den Warenkorb, der mit Montagematerial für ein bestimmtes Auto gefüllt ist, auf eine bestimmte Schuppe absetzen. Dazu muss das FTF vom festen Hallenboden auf die sich langsam bewegende Schuppe auffahren. Die FTS-Leitsteuerung SuperFrog beauftragt das ausgewählte FTF, einen Warenkorb zum Wartepunkt am Schuppenband zu transportieren und dort zu warten. Die Position der vorbeifahrenden Schuppe wird ständig von der Schuppensteuerung (SPS) an SuperFrog gemeldet. Mit Hilfe einer Warenkorb-Identifizierung ist eine Überprüfung des richtigen Warenkorbs gewährleistet. Sobald sich die Halteposition auf der Schuppe gegenüber der Warteposition befindet, erhält das FTF den Auftrag, auf die Schuppe aufzufahren, und zwar mit einer von der Schuppengeschwindigkeit abhängigen Vorlaufzeit. Nach dem Auffahren liegt die Positioniergenauigkeit bei ca. 10 mm, die aber sofort durch das Magnetraster, das auch auf den Schuppen existiert, korrigiert wird. Das Abfahren von der Schuppe erfolgt in analoger Weise.

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2.2.1.2 Produktion des 3er BMW im neuen Werk Leipzig Im Jahre 2005 startet das neue BMW-Werk in Leipzig mit der Produktion der 3er Reihe (E90). Im Bereich der Teileversorgung übernimmt erstmals in der Geschichte der Automobilindustrie ein Fahrerloses Transportsystem (FTS) umfangreiche Logistikfunktionen.

Bild 2-14 Die Unterfahr-FTF mit kleinen Rollwagen für Gitterboxen (Quelle: DS, 2006)

Für die Teileversorgung der Montage wurden für das Werk Leipzig folgende Standardprozesse definiert: 1. Direktanlieferung per LKW: Große Teile mit geringer Komplexität (z. B. Bodenmatte oder Kofferraumverkleidung) werden per LKW zeitnah und in unmittelbare Nähe des Verbauortes angeliefert. 2. Modulanlieferung per EHB8: Große und komplexe Baugruppen (z. B. Cockpit) werden direkt auf dem Werksgelände von externen Lieferanten oder BMW Mitarbeitern montiert. 3. Lagerware per FTS: Die Mehrzahl der Teile wird in einem Versorgungszentrum gelagert, kommissioniert und mit Fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) an die jeweiligen Verbauorte in der Montage gebracht. Das gesamte Streckenlayout hat eine Länge von 14,5 km mit ca. 400 Lastaufnahme- und -abgabestationen. Es sind 74 FTF im Einsatz, als Ladehilfsmittel werden mehr als 2.000 Rollwagen in zwei unterschiedlichen Ausführungen eingesetzt. Je FTF werden entweder zwei kleine Rollwagen, zur Aufnahme von Behältern bis DIN-Größe, oder ein so genannter übergroßer Rollwagen zur Aufnahme von Großbehältern eingesetzt. Zusätzlich gibt es noch die Sequenziergestelle mit Sonderaufbauten. Um einen Rollwagen zu transportieren, wird dieser vom FTF unterfahren und angehoben. In Hauptfahrtrichtung fahren die Fahrzeuge mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1,2 m/s. Den Personenschutz und die Hinderniserkennung übernimmt dabei ein Laser-Scanner, der den 8

EHB = Einschienen-Hängebahn


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Bereich vor dem Fahrzeug überwacht. Rückwärts fahren die Fahrzeuge lediglich um zu positionieren − und das mit maximal 0,3 m/s und eingeschaltetem akustischen Warnsignal. Eine Tritt-Schaltleiste, die an der Rückseite des Fahrzeuges angebracht ist, verhindert, dass Mitarbeiter vom rückwärts rangierenden Fahrzeug verletzt werden.

Bild 2-15 Die FTF mit übergroßen Rollwagen zur Aufnahme von Großbehältern (Quelle: DS)

Bereits in der Frühphase der Planung wurden Wirtschaftlichkeitsrechnungen und Simulationen durchgeführt. Manuelle Fahrzeuge, wie etwa Schleppzüge, waren die wesentlichen Wettbewerber des FTS. Die langen Wege vom Lager zur Montage sprachen für automatische Fahrzeuge, außerdem sollte die Montage aus Gründen der Qualität und Betriebssicherheit staplerfrei sein. Das FTS überzeugte mit der Durchgängigkeit des Konzepts und der Nachhaltigkeit aufgrund von Flexibilität und des Ausbleibens von Beschädigungen an peripheren Einrichtungen. Außerdem wiesen die Wirtschaftlichkeitsrechnungen der FTS-Lösung die höchste Rendite aus. Die Fahrerlosen Transportfahrzeuge finden ihren Weg mit Hilfe der so genannten freien Navigation. Sie kommt ohne physikalische Leitspuren aus und arbeitet nach einem kombinierten Prinzip aus Kopplung und Peilung. Kopplung bedeutet die Auswertung von fahrzeuginternen Sensoren (Messräder und ein faseroptischer Kreisel), wodurch der zurückgelegte Weg samt Kurven bestimmt wird. Etwa alle fünf Meter wird gepeilt. In diesem Abstand sind über das gesamte Layout verteilt insgesamt 3.000 kleine Dauermagneten im Boden eingelassen. Diese zylindrischen Magnete haben einen Durchmesser von 20 mm und sind 10 mm hoch. Sie werden beim Überfahren von einer Magnetsensorleiste, die an der Unterseite des Fahrzeuges befestigt ist, erkannt und ausgewertet. Bei jeder Peilung werden aufgetretene Fahrfehler, die durch Schlupf der Räder oder durch Veränderungen des Raddurchmessers auftreten können, korrigiert. Die Vorteile dieses, auch

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Magnet-Navigation genannten, Verfahrens liegen in der Zuverlässigkeit und der Flexibilität bei zukünftigen Layoutanpassungen.

Bild 2-16 Ein FTF übernimmt einen Rollcontainer mit Audio-Komponenten (Quelle: DS)

Die Umsetzung der freien Navigation ist in dieser Anwendung notwendig, da das Streckenlayout durch viele sich überschneidende Kurvenradien gekennzeichnet ist. Mit Leitdraht oder anderen physikalischen Leitspuren ist eine solche Streckenführung nicht realisierbar. Zudem sind die Genauigkeitsanforderungen an den Lastübergabestellen sehr hoch. Mit der kreiselunterstützten Magnetnavigation positionieren die FTF innerhalb nur ± 5 mm.

Bild 2-17 Links: Detailansicht auf ein Fahrzeug mit zwei Sequenziergestellen. Rechts: Batterieladestationen für die NiCd-Batterien (Quelle: DS)


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2.2.1.3 Logistik-Aufgabe bei der Deutz AG in Köln-Porz Der renommierte Motorenhersteller Deutz in Köln-Porz stellt Dieselmotoren nicht nur für LKW, sondern auch für mobile Arbeitsmaschinen, die Marine und Landwirtschaft her. Im Jahre 2009/2010 wurden im Bereich der Motorenmontage die Hauptkomponenten eines sehr alten Fahrerlosen Transportsystems ersetzt (Retrofit).

Bild 2-18 Drei Gabelhub-FTF auf der Deutz-Flotte (Quelle: MLR)

Zur Erneuerung gehörte unter anderem die Lieferung von 43 frei fahrenden Gabelhubwagen mit Lasernavigation. Sie ersetzen die bisher eingesetzten, induktiv geführten Fahrzeuge und sind nunmehr im Dreischichtbetrieb an maximal sechs Tagen in der Woche unterwegs auf einer Gesamtstrecke von etwa 6.800 Metern und mit Geschwindigkeiten bis zu 1,6 m/s (vorwärts und rückwärts). Die immense Herausforderung bei der Modernisierung der fast 20 Jahre alten Anlage bestand in der zur Verfügung stehenden Zeit: Innerhalb von nur zwölf Arbeitstagen mussten zum Jahreswechsel 2009/2010 die neuen Fahrzeuge mit Komponenten der bisherigen Geräte versehen, weitere wichtige Anlagenbestandteile installiert und in Betrieb genommen werden. Dabei wurde gleichzeitig die Leistung der Anlage erhöht und die Leitrechnerfunktionen optimiert. Die umgebauten Fahrzeuge sind in der Lage, vielfältige Beladungen zu beherrschen: So erhielten die Fahrzeuge vier verschiedene Hubgabeln teilweise mit Lastzentrierungen, denn sie dienen dem Transport von ganz unterschiedlichen Ladeeinheiten, die bis zu 1.000 kg schwer sein können (Transportboxen, Gitterboxen, Paletten in Längs- und Querrichtung, große und kleine Motoren und auch Sondergestelle). Zudem lassen sich die Hubgabeln bis zu einer Höhe von 3.500 mm hochfahren, um das Regalsystem zu bedienen.

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Bild 2-19 Flexibilität beim Lasthandling und der Navigation: die Gabelhub-Fahrzeuge (Quelle: MLR)

Eine ebenfalls nicht alltägliche Arbeit betrifft das Energiemanagement. In die neuen automatischen Hochhubtransporter wurden zwar die bisherigen Batterien übernommen, aber diese mussten um zwei Zellen erweitert werden, um die Batteriekapazität zu erhöhen. In Sachen Design geht Deutz neue Wege: Die Fahrzeuge wurden in einem reinen Weiß hergestellt, um so den gestiegenen Ansprüchen der Automotivhersteller in Bezug auf Sauberkeit gerecht zu werden. Neu ist auch die FTS-Leitsteuerung, die in die komplexe Rechnerwelt von Deutz integriert wurde. Einige wichtige Kenndaten: Höchste Verfügbarkeit durch Hot-Standby-Betrieb, Verwaltung von 1.600 Lastübergabestellen und Anbindung weiterer zahlreicher peripherer Einrichtungen, wie z. B. Fördertechniken, Übergabetische, Visualisierungssysteme und Terminals. Insgesamt wickelt die Anlage mehr als 7.000 Transporte pro Tag ab.


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2.2.1.4 Frontendmontage bei der BMW AG in Dingolfing In Dingolfing findet u. a. die Frontendmontage für die 5er und 7er Baureihe von BMW statt. Dazu gibt es zwei FTS-Kurse mit jeweils zwanzig FTF. Die maximale Traglast beträgt 400 kg.

Bild 2-20 Das Montagefahrzeug bei BMW in Dingolfing (Quelle: dpm)

Da die Anlage über ein einfaches Layout verfügt, das auf Jahre hinaus unverändert bleiben soll, hat man sich hier für die induktive Energieübertragung entschieden. Die Fahrzeuge beziehen also den benötigten Strom über die im Boden eingelassenen Leistungskabel; gleichzeitig werden diese Doppelkabel zur Spurführung verwendet.

Bild 2-21 Zwanzig FTF in einem einfachen Montage-Layout (Quelle: dpm)

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Die Fahrt durch die Montage geschieht mit langsamen 30 m/min. An den einzelnen Arbeitsstationen wird gestoppt, nach Beendigung des Arbeitsganges startet der Werker das FTF per Fußtaster, damit es eine Station weiter fährt. Am Ende der Montage wird das fertige Frontend per Roboter vermessen und an eine EHB übergeben, die den Transport zum Einbau an die Hauptlinie übernimmt.

2.2.1.5 Montagelinie für Cockpits bei VW in Wolfsburg In Halle 12 des Wolfsburger VW-Stammwerkes läuft auf einer Montagelinie die Fertigung der Cockpits für das SUV-Modell Tiguan. Diese Linie basiert auf einem FTS mit dreißig FTF, die mit der Technik der berührungslosen Energieübertragung ausgestattet sind und produziert seit März 2008 ca. 450 Cockpits pro Tag. Die berührungslose Energieübertragung zur Versorgung der FTF mit Energie war dabei eine feste Vorgabe von Volkswagen, weil man auch in anderen Projekten bereits gut Erfahrungen mit der innovativen und robusten Technologie gesammelt hatte. Die Systeme sind verschleißund wartungsfrei, wodurch die Stillstandzeiten der Anlagen deutlich reduziert werden können. Die Technik der berührungslosen Energieübertragung beleuchten wir im Kapitel 3 Technik des FTS.

Bild 2-22 Dreißig FTF in einem einfachen Montage-Layout für Cockpits (Quelle: SEW)

Die Aufgabe des FTS ist relativ einfach: Auf einem Rundkurs mit einer Streckenlänge von 190 m durchfahren die Montagewagen verschiedene Stationen, auf denen Stück für Stück das Cockpit des Tiguan zusammengesetzt wird. Am Ende der Cockpit-Montage läuft die Strecke parallel zu einer Skid-Anlage, auf der die Karosserien des kompakten SUV gefördert werden. Ein Roboter versieht die Cockpits mit einer Klebstoffraupe, anschließend fährt der Montage-


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wagen zur Einbaustation. Hier werden die Cockpits von einer Handlingeinheit entnommen und in die Karosserie eingesetzt. Der leere Montagewagen wird einige Meter weiter wieder mit dem Grundmodul des Cockpits beladen und der Montagevorgang wiederholt sich. Die FTF bestehen aus einem Zugfahrzeug und einem Teileträgeranhänger. Alle Betriebsmittel inklusive der Cockpit-Aufnahme sind optimal auf die Werker abgestimmt, und der Fertigungsablauf ist so flexibel gestaltet, dass die Cockpits mehrerer Fahrzeugtypen auf der gleichen Linie gefahren werden können. So ist daran gedacht, neben dem Tiguan auch den Golf 6 dort zu produzieren. Grundsätzlich wird daher auf Umsetzvorgänge, also Systemwechsel der Werkstückträger im Fördertechnikkreislauf verzichtet. Außerdem können bei Störungen oder Fehlfunktionen die einzelnen Komponenten FTF-Zugfahrzeug und Teileträgeranhänger innerhalb der Linie problemlos getauscht werden. Somit wird die Verfügbarkeit des Gesamtsystems erhöht. Die Fahrzeuge fahren dabei nicht mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit, sondern die Strecke ist in vier Geschwindigkeitszonen aufgeteilt. In der Fließfertigung müssen die Wagen die entsprechende Taktgeschwindigkeit einhalten. Außerdem hat der Meister die Möglichkeit, die Taktgeschwindigkeit flexibel einzustellen. Zwischen der letzten Montagestation und der Wartestation vor dem Kleberoboter legen die FTF eine Schnellfahrt von 30 m/min ein. An die Klebe- und Einbaustation fährt der Wagen dann wieder mit einer niedrigen Geschwindigkeit von 3 m/min ein. Bei beiden Stationen ist eine exakte Positionierung von +/- 2 mm notwendig, auch wenn die endgültige Positionierung durch einen Positionierrahmen erfolgt. Ist der Transportwagen von seiner Last befreit, fährt er wieder mit Höchstgeschwindigkeit zum Anfang der Montagelinie.

Bild 2-23 Eine Kombination aus Schleppern und Montage-FTF (Quelle: SEW)

Das FTS wurde nicht von einem der klassischen FTS-Anbieter hergestellt, sondern in einem Gemeinschaftsprojekt von VW-Fachabteilungen und einem Systemlieferanten für Antriebsund Energietechnik realisiert. Das Ziel von Volkswagen ist es, basierend auf den Projekterfahrungen einen Standard für ähnlich geartete Montagelinien für die Zukunft zu generieren.

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2.2.2 Papiererzeugung und -verarbeitung Das Papierrollen-Handling gehörte zu den ersten FTS-Anwendungen in Europa. Bereits in den 1970er Jahren wollte man die Handhabung und den Transport der kostbaren Papierrollen vom Lager zu den Druckmaschinen automatisieren. Ein wesentlicher Grund dieser Bestrebungen war die Vermeidung von Beschädigungen an der Rolle, wodurch beim konventionellen manuellen Handling häufig die äußeren Papierbahnen unbrauchbar wurden nicht selten bis zu 10 cm Außendurchmesser einer Rolle!

2.2.2.1 Transport und Handling von Papierrollen bei Einsa Print International Einsa Print International gehört zu den führenden Unternehmen der spanischen Druckindustrie. Sie stellt Kataloge, Zeitschriften und Verzeichnisse her. Seit 2007 optimieren Sie ihre Produktion und Lagerung erfolgreich mit FTS. Die Systemzusammenstellung bei Einsa eine Kombination von vertikaler Papierrollenlagerung und horizontaler Auslieferung der Papierrollen an die Druckmaschinen ist typisch für die Papierindustrie. Dank der Integration eines Downender-Systems in die FTF ist es nicht länger notwendig, eine Schwenk-Vorrichtung auf die Förderanlage zu installieren, was zu einer beachtlichen Ersparnis von Platz und Kosten führt. Zudem verkürzt die Drehung der Rollen während des Transports die Produktionszeit.

Bild 2-24 Papierrollentransport mit multifunktionalem FTF (Quelle: Egemin)

Das Downender-System ist eine von Egemins intern entwickelten Technologien, die es den FTF mit hydraulischen Klammern erlaubt, schwere Papierrollen vertikal zu heben, während des Transports zu drehen und in horizontaler Richtung in die Druckmaschinen abzulegen. In der Anlage laufen heute drei FTF mit Downender-Funktion und vier Gabelhub-FTF, die den


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Transport von bedruckten und zugeschnittenen Papierbögen auf Paletten zu den Produktionsmaschinen übernehmen.

Bild 2-25 Das FTF mit Lasernavigation (Quelle: Egemin)

Abhängig von der Größe der Rollen stapelt ein Downender-FTF bis zu vier Rollen vertikal übereinander (bis zu einer Höhe von sechs Metern). Wenn die Software einen Transportbefehl sendet, nimmt eines der Fahrzeuge eine Rolle auf und bringt sie zu der genau definierten Position in der Produktionsanlage. Hier wird die Rolle gedreht und in horizontaler Richtung abgelegt. Von diesem Platz aus werden sie von den Gabelhub-Fahrzeugen wieder aufgenommen und zu den Druckmaschinen gefahren.

2.2.2.2 Zeitungsdruck im Druckzentrum Braunschweig Das Druckzentrum Braunschweig gehört zur WAZ Mediengruppe und produziert zahlreiche Tageszeitungen. Auf drei leistungsstarken MAN Colorman S 40 Offset-Rotationsmaschinen wird vierfarbig in bester Qualität, schnell und kostengünstig gedruckt. Neben dem StandardZeitungspapier stehen verschiedene höherwertige Papierqualitäten zur Auswahl. 2007 wurde ein bestehendes FTS durch ein neues ersetzt. Die Inbetriebnahme wurde im laufenden Betrieb durchgeführt. Die drei FTF verfügen über ein Hubgerüst, das mit zwei Gabelzinken ausgestattet ist, die stufenlos in der lichten Weite von bis zu 700 mm verstellbar sind. Damit sind verschiedene Papierrollen-Typen transportierbar. Die größtmögliche Rolle hat einen Durchmesser von 1.500 mm, eine Länge von 1.280 mm und ein Gewicht von 2.000 kg. Die Rollen können bis auf eine Höhe von 3,5 m in ein Regalfach eingelegt und wieder entnommen werden.

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Bild 2-26 Ein Regallager als Papiertageslager (Quelle: DS)

Die Anlage wird für folgenden Einsatz verwendet: Papierrollen werden tagsüber für den abendlichen Druck vorbereitet. Den Papierrollen werden an einer Auspackstation die Seitenteile abgeschlagen, um sie anschließend in das Papiertageslager einzulagern. Durch eine Scannung der Papierrolle wird ein Fahrauftrag an den FTS-Leitrechner übermittelt. In diesem Zeitraum werden auch die Fahraufträge hin zu den Rollenwechslern der Druckmaschine durchgeführt.

Bild 2-27 Ein FTF versorgt die Bereitstellplätze (Quelle: DS)

Die Hauptproduktion beginnt kurz vor Mitternacht, wobei das FTS bereits vorher die Rollenwechsler mit Rollen aus dem Tageslager befüllt hat. Während der Produktion muss natürlich


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die weitere Versorgung der Rollenwechsler mit neuen Rollen gewährleistet werden. Am Ende einer Produktion werden angefangene und nicht verbrauchte Rollen wieder zurück ins Tageslager gefahren.

Bild 2-28 Ein FTF versorgt den Rollenwechsler an der Druckmaschine (Quelle: DS)

Die Anlage ist rund um die Uhr im Betrieb, wobei täglich acht Stunden für die automatische Batterieladung zur Verfügung stehen. In den Fahrzeugen befinden sich 48 V Bleibatterien mit einer Kapazität von 420 Ah. Eine Batterie wiegt 750 kg, so dass ein einsatzfertiges FTF auf ein Leergewicht von 3.600 kg kommt. Die Fahrgeschwindigkeit beträgt bei Vorwärtsfahrt 1,2 m/s, die Rückwärtsfahrt wird in Schleichfahrt (0,3 m/s) durchgeführt. Die FTF navigieren mit Hilfe einer Magnetnavigation (Magnetpunktfolge). Das gesamte Layout hat eine Länge von 500 m.

2.2.3 Elektroindustrie Die Elektrobranche steht hier stellvertretend für Hersteller von kleinen hochwertigen Serienkomponenten. Oft gehört zu den Qualitätsanforderungen eine extreme Sauberkeit und Ordnung. Die zu transportierenden Gewichte sind oft nicht hoch, vielfach kommen StandardBoxen von z. B. 300 x 400 mm zum Einsatz. In diesen Produktionen kommt es auf Flexibilität an: sowohl das Layout als auch die Abläufe ändern sich häufig im Sinne einer kontinuierlichen Prozessoptimierung. Die EDV-Durchdringung der Prozesse ist gegeben, ein WLAN üblicherweise vorhanden und die Scheu vor Automatisierungstechnik geringer als in anderen Branchen. Kleine wendige Fahrzeuge mit freier Navigation sind gefragt.

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Bild 2-29 Zwei Lifestyle-FTF in der Elektroindustrie (Quelle: FROG)

2.2.3.1 Behältertransport just-in-time bei Wöhner Höchste Qualität und Design der Produkte stehen im Fokus der Produktionsanlagen bei der Wöhner GmbH & Co. KG in Rödental. Dazu gehören eine hochmoderne, extrem saubere und ansprechende Montage und eine flexible Intralogistik auf Basis eines Fahrerlosen Transportsystems (FTS). Wöhner ist Lieferant innovativer Sammelschienensysteme, Lastschalter, Sicherungsschalter und Sicherungshalter für die Elektrotechnik.

Bild 2-30 Materialanlieferung im Montagebereich (Quelle: FROG)

Innerhalb von vier Jahren wurde die Funktionalität und die Fahrzeugflotte des FTS sukzessive ausgebaut, so dass seit Anfang 2010 zwei Fahrzeugtypen die gesamte Produktionsversorgung übernehmen. Fünf Fahrzeuge transportieren die kleinen Behälter (600 x 400 mm) und zwei die


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Großbehälter (800 x 600 mm). Die nun insgesamt sieben Fahrerlosen Transportfahrzeuge übernehmen die vollautomatische Versorgung der Montage mit Einzelteilen, Baugruppen und Fertigprodukten aus dem Behälterlager und dem AKL9. Hauptgrund für die Automatisierung der Transporte war die Entlastung der Mitarbeiter, die früher die palettierten Behälter manuell an die Arbeitsplätze verteilt haben. Die Anlieferung der Behälter aus dem bestehenden und dem neuen Behälterlager an die achtzig Arbeitsplätze mit über 1.000 Stellplätzen erfolgt heute ausschließlich durch die Fahrerlosen Transportfahrzeuge. Pro Schicht transportiert das FTS 700 Behälter. Durch die passive Lastübergabe und die damit verbundenen niedrigen Kosten für die Übergabestationen konnte der Systempreis niedrig gehalten werden; die Amortisationszeit der Erstinvestition sank auf weniger als zwei Jahre. Das freigesetzte Personal wurde von der schweren körperlichen Tätigkeit entlastet und produktiv eingesetzt. Wöhner nutzt zudem die Möglichkeit, das FTS als optisches Highlight in das ansprechend gestaltete Produktionsumfeld zu integrieren. Die Besonderheit der Fahrzeuge liegt im Lasthandling. Eigens für den Behältertransport wurde ein höhenverstellbarer Teleskop-Gurtförderer entwickelt, mit dem es möglich ist, Behälter in verschiedenen Ebenen auf glatte Flächen (Regale, Tische etc.) oder auf passive Röllchenbahnen abzustellen und wieder aufzunehmen.

Bild 2-31 Das Wöhner-Fahrzeug an der Rollenbahn-Lastübergabe (Quelle: FROG)

Eine Stellplatzverwaltung der Regale gibt es nicht. Dies ist für das Fahrerlose Transportsystem jedoch kein Problem, da das Fahrzeug bei der Anlieferung innerhalb des zugewiesenen Regalbereiches einen freien Stellplatz sucht und den Behälter dort abstellt. Sollten einmal alle Regalplätze belegt sein, setzt das Fahrzeug eine Meldung ab, die sowohl lokal als auch an der FTSLeitsteuerung angezeigt wird. Das FTS passt mit seinem gefälligen Design, seiner Zuverlässigkeit und Flexibilität sehr gut zur anspruchsvollen Wöhner Montagetechnik. Die Mitarbeiter akzeptieren das System als ergonomische und leistungsfähige Unterstützung ihrer Arbeit.

9

AKL = Automatisches Kleinteilelager

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2.2.4 Getränke- / Lebensmittelindustrie Hier wollen wir uns der Getränke- und Lebensmittelindustrie zuwenden. Der Preiskampf in diesen Segmenten ist gnadenlos. Deshalb ist hier in den letzten Jahren das Interesse an der Intralogistik und damit auch für das FTS erheblich gestiegen. Welche Motivation bzw. welches Potenzial darin liegt, ist das Thema im Folgenden. Dazu betrachten wir die Getränkeindustrie aus FTS-Sicht etwas genauer, bevor wir dann konkrete Anlagen aus dem Lebensmittelbereich vorstellen.

2.2.4.1 Intralogistische Optimierungsansätze in der Getränkeindustrie Die Getränkeindustrie steht weltweit unter einem enormen Kostendruck. Nachdem in den letzten zwanzig Jahren intensiv in die Produktionstechnik investiert wurde, entdeckt man heute die verbleibenden großen Einsparungspotenziale in der Intralogistik. Leistungsfähige Produktionseinrichtungen müssen adäquat mit Leergut und Hilfsstoffen versorgt werden, und der Abtransport der Fertigprodukte muss zeitnah, zuverlässig und schnell in Zwischenläger und zur Distribution erfolgen. Historisch bedingt basiert die Intralogistik der Brauereien, Abfüller und auch des Getränkegroßhandels auf konventionellen Gabelstaplern. Hohe Transport- und Lagerleistungen bei maximaler Flexibilität sprachen in der Vergangenheit für den Staplereinsatz, vor allem auch mangels ausgereifter Alternativen für den automatischen Transport. Rahmenbedingungen in der Getränkelogistik Die hohen Transportleistungen sind erforderlich, weil Abfüllanlagen immer höhere Produktionsleistungen bringen. So leistet eine typische Bier-Abfüllanlage heute bis 15 hl/h, das sind fast vierzig Paletten pro Stunde, die abtransportiert werden müssen, und das häufig rund um die Uhr. Da in einer Brauerei üblicherweise mehr als nur eine Anlage in Betrieb ist, erhöht sich das Transportaufkommen entsprechend. Durch Einsatz geeigneter Anbaugeräte sind die Stapler in der Lage, bis zu acht Paletten gleichzeitig zu transportieren. Die vollen Paletten müssen also in hoher Frequenz von den Abfülllinien ins Fertiglager transportiert werden. Üblicherweise bringen die Stapler die Paletten in Blockläger, wo sie mehrfach übereinander gestapelt werden. Stapelhöhen von bis zu zehn Metern sind keine Seltenheit. Die Vorteile des Blocklagers liegen in den geringen Systemkosten und in der Tatsache, dass das Transportmittel (Gabelstapler) direkt, ohne Umsetzen oder Unterbrechung, ins Lager einfahren und dort selbst einlagern kann. Letztendlich spiegeln diese Vorteile wieder, was in traditionell gewachsenen Betrieben umgesetzt wurde. Gabelstapler und Blocklager waren auch immer die Garanten für maximale Flexibilität. Früher unterstützt durch menschliche Disponenten, heute vielfach durch Materialflussrechner ist diese Kombination in der Lage, sich maximal auf Veränderungen und situationsbedingte Anforderungen einzustellen. Dabei denke man nicht nur an das Blocklager für die produzierte Ware, sondern auch an das Leergutlager oder an das Lager für Fremdprodukte bzw. Hilfsstoffe. Solche Läger befinden sich häufig sogar im Außenbereich und erfordern eine hohe Flexibilität vom Transportsystem. Damit spräche eigentlich alles für den Staplereinsatz und das Lagerkonzept Blocklager wenn da nicht begrenzte Umschlagleistungen und Flächenressourcen der Blockläger und vor allem auch die altbekannten Nachteile der Stapler wären:


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• Hohe Personalkosten: Gerade in der Getränkeindustrie gibt es hohe Tarif-Entlohnungen. Die Jahreskosten für eine Staplerfahrer können hier bis zu 50.000 jährlich betragen. Will man einen Stapler rund um die Uhr betreiben, sind dafür in der Regel mindestens vier Staplerfahrer erforderlich. Summiert man die reinen Staplerkosten von mindestens 10.000 zu den Personalkosten hinzu, hat man es mit über 200.000 Jahreskosten für einen Stapler zu tun. • Menschliches Fehlverhalten führt zu unzuverlässigen Transporten, Beschädigungen an den Staplern, am Produkt und den Umgebungseinrichtungen. Dazu kommen Unfälle, mitunter sogar mit Personenschäden, die immer Zeit und Geld kosten. • Nachverfolgbarkeit und Durchgängigkeit der Daten: Auch diese zeitgerechten Forderungen insbesondere im Umfeld der Lebensmittelbranche sprechen für mehr Automatisierung. • Auch muss die genannte hohe Transportleistung von Staplern hinterfragt werden: Häufig existiert ein gravierender Unterschied zwischen der durchschnittlichen und der Spitzenleistung. Eine Automatisierungstechnik arbeitet hier wesentlich kontinuierlicher, verlässlicher und damit kalkulierbarer. Alternative Lösungen Die logistischen Fragen sind letztlich: 1. Neubau eines HRL10 anstelle des Blocklagers? 2. Ersatz der konventionellen Stapler durch FTS, EHB oder stationäre Fördertechnik? 3. Mischbetrieb mehrerer Systeme, oder durchgängige, einheitliche Lager- und Transportsysteme? Die Vorteile eines HRL liegen in der hohen, verlässlichen Systemleistung. Auf vergleichsweise kleiner Fläche arbeitet dieses in sich abgeschlossene System autark, sicher und mit hoher Verfügbarkeit. Allerdings wird ein Systemübergang erforderlich, egal wie die Ver- und Entsorgung technologisch gelöst ist. Übergabepositionen müssen geschaffen werden, wahrscheinlich zusätzlich mit Pufferfunktion. In diesem Zusammenhang wollen wir HRL als vollautomatische Läger verstehen, bei denen Einlagerungshöhen von zehn Metern um ein vielfaches überschritten werden und damit der Flächenbedarf deutlich sinkt. Regalbediengeräte (RBG) sind hier fester Bestandteil des HRL. Manuelles oder auch automatisches Lagern mit Staplern hingegen ist in Höhen bis zu maximal zehn Metern machbar, stark abhängig auch vom Lastgewicht. Der Standort spielt bei der Entscheidung HRL oder Blocklager eine entscheidende Rolle. So können die Standort-Randbedingungen einerseits dazu führen, dass der Bau eines HRL bautechnisch nicht möglich ist, andererseits kann der Bau eines HRL unumgänglich sein, weil die Flächen für anstehende Erweiterungen des Blocklagers nicht zur Verfügung stehen. Außerdem baut ein HRL wesentlich höher als ein Blocklager, nämlich bis zu ca. dreißig Meter. Die Vorteile des Blocklagers liegen vor allem in den niedrigen Systemkosten sowie darin, dass sowohl Gabelstapler als auch alternativ Fahrerlose Transportfahrzeuge direkt das Ein- und Auslagern erledigen können. Ein Transportsystemwechsel wie beim HRL zuerst auf eine stationäre Fördertechnik und dann auf die Regalbediengeräte ist nicht erforderlich. Das spart 10

HRL = Hochregallager

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vordergründig Zeit und Geld. Die Entkopplung des Transport- und des Lagersystems hat andererseits auch erhebliche Vorteile. Sie wird dabei durch eigene Pufferplätze auf dem Boden oder auf speziellen Förderstrecken realisiert. Einerseits wird das Transportsystem nicht mit zeitaufwendigen Lagerspielen belastet, andererseits sorgen die Pufferplätze für Sicherheit bei jeglichen Systemstörungen. Letztendlich haben Transportsysteme ihre Stärke in der schnellen Überbrückung von Strecken und Lagersysteme in der Überwindung von Höhe, d. h. zweidimensionale Fahrwege. So erreicht ein HRL eine weitaus höhere Anzahl an Lagerspielen, als dies ein wie auch immer geartetes Transportsystem könnte. Bei geringem Lagerumschlag oder zu kurzen Lagergassen lohnt sich das HRL allerdings nicht. Langsam drehende Lager lassen ein HRL mit RBG unwirtschaftlich werden. Die hohe RBGGeschwindigkeit kommt nicht zum Tragen und die benötigte RBG-Anzahl macht das HRL zu teuer. In solchen Fällen hat die durchgängige Lösung (Blocklager) wieder Vorteile. Für die Transporte zur Verkettung der Produktion mit dem Lager und dem Waren-Ein- und Ausgang kommen nicht nur Stapler und FTS in Frage, sondern auch die Einschienen-Hängebahn (EHB) sowie stationäre Fördertechnik, wie z. B. Rollenbahnen oder Kettenförderer. Das Bild 2-32 zeigt die Quellen und Senken des Materialflusses.

Produktion z. B. Abfüllung FT FT HRL

Waren-

FT

FT

FT

FT

eingang

FT Blocklager

FT

Warenausgang

Bild 2-32 Warenströme in einer typischen Brauerei (Quelle: Ott/Ullrich 2008)

Im Bild sind außerdem die eventuell erforderlichen Lastübergabestationen eingezeichnet. Diese bedeuten das Bereitstellen bzw. Zwischenpuffern von Ware. Sowohl nach der Produktion als auch vor dem HRL ist so ein Systemwechsel unumgänglich. Lediglich das Blocklager kann direkt von Stapler oder FTS bedient werden. Auf der rechten Seite von Bild 2-32 sind Wareneingang und Warenausgang skizziert, ebenfalls mit Lastübergabestationen. Diese erscheinen auf jeden Fall ratsam, wenn intern automatisch transportiert wird. Denn dann gelingt mit diesen Lastübergabestationen die strikte Trennung von automatisiertem Transport und LKW-Be- und Entladung mittels Staplern. Zwar gibt es heute bereits erste Beispiele für eine automatische LKW-Be- und Entladung mit FTS, allerdings ist das noch lange nicht Standard.


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Künftig werden jedoch auch diese Typen von FTF nicht dieselben sein, wie sie für den Massentransport eingesetzt werden. Die spezifischen Anforderungen sind hier zu unterschiedlich, so dass in jedem Fall eine Übergabe von einer Technik auf die andere erfolgen muss. Berücksichtigt man zudem, dass der Warenein- und -ausgang im Vergleich zur Produktion nicht ganztags erfolgt und die Ladungen für die LKWs in Versandzonen bereitgestellt werden müssen, sind die Transportwege aufgetrennt. Es kann nicht davon ausgegangen werden, dass in naher Zukunft eine Onlinebeladung direkt aus dem Lager auf bzw. in den LKW erfolgt. Deshalb werden weiterhin Versandzonen, Schwerkraftrollenbahnen oder sonstige stationäre Fördertechniken den Transport unterbrechen. So empfiehlt sich nach heutigen Gesichtspunkten grundsätzlich folgende Zweiteilung: Die automatisierte Welt im Innern der Brauerei und der manuelle Staplerbereich draußen bei den LKWs und den Outdoor-Lagerbereichen (z. B. für Leergut). Denn für den Außeneinsatz drängt sich eine Automatisierung lange nicht so eindeutig auf wie im Innenbereich. Im Innenbereich sind prinzipiell folgende Techniken denkbar: Stapler contra FTS contra EHB contra Fördertechnik. Der Systementscheid hat technische und wirtschaftliche Aspekte. Bei der technischen Systemauswahl hilft die VDI-Richtlinie VDI 2710 Blatt 1 Entscheidungskriterien für die Auswahl eines Fördersystems. In Anlehnung an diese Richtlinie ist folgende Bewertungstabelle entstanden: Tabelle 2-2 Technische Eignung fördertechnischer Lösungen gem. VDI 2710, Blatt 1 Kriterium

Stapler

FTS

FT

EHB

Aufgabenflexibilität

++

+

-

O

Layoutflexibilität

++

++

-

-

+

+

++

+

Spitzenleistung

++

O

+

O

Verbauter Raum

++

++

--

-

Deckenbelastung

++

++

+

--

Personensicherheit

-

++

+

+

Ordnung und Verlässlichkeit

-

++

++

++

Rund-um-die-Uhr-Betrieb

-

++

++

++

2,1

1,4

2,4

2,8

Kontinuierliche Leistung

Schulnote ++ sehr gut

+ gut

- ausreichend

O befriedigend -- mangelhaft

Tabelle 2-2 gibt einen ersten Eindruck, wie sich die relevanten Kriterien auswirken. Allerdings ist eine Standort-spezifische Anpassung der Tabelle erforderlich. Generell steht dem Einsatz mehrerer Systeme in Kombination nichts im Wege, was beim Ausbau bestehender Anlagen durchaus Anwendung finden kann. So kann z. B. eine bestehende Blocklagerstruktur weiterhin mit Staplern bedient werden, während der Abtransport von Abfülllinien hin zum Lager mit FTS durchgeführt wird. Somit kann eine kontinuierliche, störungsarme Entsorgung

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der Abfülllinien erreicht werden, während die störungsanfälligere Bedienung des Blocklagers z. B. durch stationäre Fördertechnik als Pufferstrecken von der Abfüllung entkoppelt wird. An dieser Stelle sei erwähnt, dass auch ein Mischbetrieb mit konventionellen Staplern und FTS im gleichen Layout möglich ist. Es sind dabei klare Regeln erforderlich (z. B. Die FTF haben immer Vorrang) und die Staplerfahrer müssen intensiv auf die neuen automatischen Kollegen vorbereitet werden. Trotzdem ist die staplerfreie Fabrik die konsequentere und sicherere Logistiklösung. Mögliche FTF-Konzepte Grundsätzlich sind zwei verschiedene Fahrzeugtypen einsetzbar: das Huckepack-Fahrzeug (Bild 2-33, links) und das Gabelfahrzeug (Bild 2-33, rechts). Huckepack-Fahrzeuge sind mit Fördertechnik-Elementen bestückt (Rollenbahn oder Kettenförderer) und erledigen die Palettenübernahme/-übergabe seitlich auf stationäre Fördertechnik. Die typischen Merkmale beider Fahrzeugtypen sind in Tabelle 2-3 zusammengefasst.

Bild 2-33 FTF-Typen für die Getränkeindustrie: links ein Huckepack-FTF, rechts ein Gabelfahrzeug (Quelle: links: FROG; rechts: E&K)

Mit dem Ziel der Standardisierung setzt man häufig auf einen einzigen Fahrzeugtyp pro Einsatzbereich eines Standortes. Bei der Wahl eines solchen ist der Stellenwert des Blocklagers eins der wichtigsten Kriterien. Wenn auf ein Blocklager gesetzt wird, bzw. werden muss, sollte dieses auch direkt mit den FTF bedient, was die Frage nach dem Fahrzeugtyp beantwortet. Bietet es sich an, z. B. zur Entkopplung unterschiedlicher Systeme bzw. zur Trennung von Transport- (z. B. FTS) und Lagertechnik (z. B. RBG11), Fördertechnik zu installieren, erhält man mit der Wahl des Huckepack-Fahrzeuges die konsequentere Automatisierung. Zudem gelingt mit etwas größer angelegten Lastübergabestellen (längere Fördertechnik-Strecken) eine Pufferfunktion,die mehr Sicherheit in den Gesamtablauf bringt. 11

RBG = Regalbediengerät


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Tabelle 2-3 Merkmalsvergleich der beiden verschiedenen Fahrzeugtypen Technisches Merkmal

Huckepack-FTF

Gabel-FTF

Bodenebene Palettenaufnahme

nicht möglich

möglich

Stapeln von Paletten

nicht möglich

möglich

Platz- und Zeitbedarf beim Lasthandling

niedrig, weil Positionieren in Fahrtrichtung mit seitlicher Lastübergabe möglich

hoch, weil Positionierung und Lastübergabe quer zur Hauptfahrtrichtung erforderlich

Fahrgeschwindigkeit

Höchstgeschwindigkeit auf langen Geraden bis ca. 2 m/s

wie links

Fahrwerkskinematik

alle Varianten einsetzbar

klassisches Dreirad, evtl. mit drei gelenkten Rädern

Navigationstechnik

gängige Systeme einsetzbar

Restriktionen im Blocklager, die durch spezielle Lösungen überbrückt werden können. Neue, innovative Verfahren sind gefragt.

Platzbedarf im Layout

kaum größer als die Last

deutlich größer als die Last, insb. bei der Gegengewichtsausführung

Manueller Betrieb

kaum geeignet

bedingt geeignet, hängt von der Ausführung ab

Einsatzflexibilität

hoch

sehr hoch, da keine stationäre Fördertechnik erforderlich ist

Resümee Die optimale Logistiklösung gibt es nicht. Dafür sind die Bedingungen an den unterschiedlichen Standorten der Getränkeindustrie zu verschieden. Oftmals findet man gewachsene Strukturen in historischen Werken mitten in einer Stadt. Nur selten hat man den Luxus, auf der grünen Wiese neu planen zu dürfen. Die Bausteine einer modernen Intralogistik sind oben aufgeführt. Für jeden individuellen Einzelfall lässt sich daraus die optimale Lösung zusammensetzen. Einige Regeln könnten sein: • Greenfield-Projekt: HRL, kurze Transportwege mit Fördertechnik auch als Puffer. Im Innern, also klar abgegrenzt von der LKW-Be- und Entladung, zusätzlich FTS für den flexiblen Transport. • Integration in einen gewachsenen Standort: Ausbau und (datentechnische) Bereinigung der Blocklager-Kapazitäten, im Innern FTS: flexibel, je nach Übergabemöglichkeiten und Puffern mit Stapler-FTF und/oder mit Huckepack-Fahrzeugen. • Definition von Pilotprojekten für das schrittweise Herantasten an neue Technologien. Zum Beispiel die Automatisierung einzelner Strecken oder einzelner Blocklager wichtig ist dabei, dass die Aufgabenbeschreibung dieses Pilotprojektes klar umrissen werden kann. Das hilft sowohl bei der Wirtschaftlichkeitsrechnung als auch bei der Definition des Projektes samt Beurteilung des Projekterfolges.

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2.2.4.2 Innovative Kommissionierung bei der Marktkauf Logistik GmbH Die Marktkauf Logistik GmbH mit Sitz in Bielefeld vereint alle Lager für den optimalen Warenumschlag der EDEKA-Gruppe. Die Marktkauf Logistik GmbH, Teil der EDEKA-Gruppe, hat für die Kommissionierung im Lager Laichingen eine Konzeption mit dem Namen Logistics-by-Voice in Kombination mit einem Fahrerlosen Transportsystem eingesetzt. Ohne sonst übliche Listen und manuelle Sammelfahrzeuge erreicht der einzelne Picker nun etwa die doppelte Kommissionierleistung bei noch spürbar reduzierter Fehlerquote. Kein anderer Markt ist bekanntlich so hart umkämpft wie der für Lebensmittel. Die Margen sind knapp bemessen, niedrige Kosten für die Logistik spielen eine Schlüsselrolle. Dies führte bei Marktkauf zu der Entscheidung, die Logistik wirkungsvoll zu modernisieren: Alle in der Gesellschaft zusammengefassten Lager erhalten schrittweise durch neue Technologien geformte Lösungen für den wirtschaftlich verbesserten Warenumschlag.

Bild 2-34 Ein Kommissionier-FTF, wahlweise auch zur manuellen Bedienung (Quelle: E&K 2004)

Gestartet wurde die Aktion im Marktkauf-Lager Laichingen mit einer modellartigen Lösung. Obenan stand die Analyse einzelner Funktionen, vor allem für die Planung einer effizienten Systemlösung der Kommissionierung. Sowohl verschiedene Erhebungen als auch Berechnungen über einen längeren Zeitraum hatten zum Ergebnis, dass mit der bisherigen Kommissionierung nach üblicher Art viele uneffektive Handgriffe verbunden sind: Die einzelnen Pickvorgaben waren Position für Position von langen Listen zu streichen. Selbst die von Bildschirmen ablesbaren Vorgaben verlangten eine Bestätigung per Hand. Außerdem waren die manuell vom Kommissionierer gesteuerten Sammelfahrten über lange Wege bis zum Warenausgang ein großer Nachteil. Diese herkömmliche Kommissionierart war also geprägt von zeitraubenden Nebentätigkeiten. Nicht nur die genaue Beobachtung der Abläufe führte zu diesem Ergebnis, sondern noch weit mehr und eindeutiger die errechneten Zahlenwerte. Danach waren die Kommissionierer in einer 7,5-Stunden-Schicht lediglich drei Stunden mit ihrer eigentlichen Tätigkeit beschäftigt, Kolli aus den Regalen zu fertigen Versandeinheiten zusammenzustellen.


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Bei der neuen Konzeption erhält der Kommissionierer seine Aufträge in gesprochener Form per Funk auf seinen Kopfhörer übertragen. Für seine Arbeit hat der Picker jetzt beide Hände frei, zumal sein zugeordnetes Fahrerloses Transportfahrzeug nach dem gesprochenen O. K. am Ende einer Entnahme bereits zum nächsten Orderpunkt vorausfährt. So entfallen für den Kommissionierer das Auf- und Absteigen und das positionsabhängige Parken des Fahrzeugs. Selbst die Wege zwischen Fahrzeug und Regal sind kürzer geworden, weil die Paletten für die Beladung jetzt immer genau am Regal positioniert sind. Die automatischen Pickfahrzeuge übernehmen außerdem die automatischen Fahrten zu einem Übergabepunkt. Danach fahren sie, nach Aufnahme einer Leerpalette aus dem Speicher, sofort wieder in einen der vorgegebenen Regalgänge ein. Mit dieser Technik steigt die Pickleistung der Kommissionierer um fast 100 %. Schon während der Anmeldung zu Schichtbeginn setzt sich ein FTF in Bewegung. Jeder Auftrag startet dann mit einer kurzen Ansage des Kommissionierers. Der Voice-Manager nennt daraufhin die Nummer des ersten Regals und des Pickplatzes für die Entnahme. Zudem nennt das System die Anzahl der zu pickenden Kolli. Ist der Vorgang abgeschlossen, spricht der Kommissionierer die Bestätigung über sein Headset-Mikrofon ins System und erhält daraufhin den nächsten Auftrag. Wenn eine Sammelpalette voll ist, wird sie provisorisch mit Wickelfolie gesichert. Per Sprachbefehl schickt der Kommissionierer das Sammel-(Pick-)Fahrzeug dann zum Übergabepunkt. Während dieser Zeit fährt ein zweites FTS-Sammelfahrzeug in Position für das Kommissionieren des nächsten Auftrags. Die Pickfahrzeuge fahren die vollen Paletten bis zum Gassenausgang und stellen sie dort ab für die Aufnahme durch automatische Transportfahrzeuge. Das Pickfahrzeug holt anschließend eine Leerpalette aus dem Speicher und fährt zum vorgesehenen Regalgang.

Bild 2-35 Eine Reihe von Kommissionier-FTF an den Ladeplätzen (Quelle: E&K 2006)

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Der weitere Weg der vollen Palette führt vom Übergabepunkt zum Stretcher für die versandgerechte Folienumwicklung. Von einem integrierten Drucker werden die vom System gesendeten Daten für den Bestimmungsort in Form eines Paletten-Etiketts an der Ladung angebracht. So erhält die Fertigpalette alle wichtigen Angaben für den Versand, also für die Bereitstellung und die LKW-Beladung durch den Spediteur. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Leistung verdoppelt und die Fehlerquote um 60 % reduziert wurde. Hinzu kommt nicht zuletzt eine deutliche Verbesserung der Handhabungsergonomie, da sich die Sammelpalette in einem Hubbereich immer auf die optimale Beladehöhe einstellen lässt. Die Steigerung der Pickleistungen wird durch die Kombination mit einem FTS erreicht, letztlich also durch die Automatisierung der Sammelfahrten.

2.2.4.3 FTS überwacht Käse-Reifeprozess bei Campina Der Käsefabrikant Campina ist eine Marke von Royal Friesland Campina und betreibt in Bleskengraaf/NL ein Fahrerloses Transportsystem mit vier Laser-geführten FTF. Die automatischen Fahrzeuge übernehmen den Transport der Käselaibe innerhalb der Käseherstellungsanlage. Dabei bewegen sie den auf Gestellen gestapelten Käse völlig selbstständig zwischen dem Lagerhaus, in dem der Käse reift, und den zwei Bearbeitungsmaschinen.

Bild 2-36 Das Käse-FTF beim Einfahren in die enge Lagergasse (Quelle: Egemin 2008)

Die FTS-Leitsteuerung übernimmt hier über die gewohnten Funktionen hinaus das integrierte Rezept- und Lagermanagement. Damit werden die Käse-Rezepturen innerhalb des Prozesses verwaltet. Jedes Rezept beinhaltet eine Zahl von festgelegten Behandlungen, die regelmäßig


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mit dem Käse durchgeführt werden müssen. Abhängig von diesen festgelegten Rezepturen bringen die FTF den Käse automatisch zu den Bearbeitungsmaschinen. Mit einem fortschrittlichen Lagermanagement-Modul wird das gesamte Lager und jede gelagerte Ware darin visualisiert. Abhängig von dem aktuellen Status der Lagerposition (Reihenbelegung, Anzahl der freien Positionen) und den Rezeptdetails der Ware, ermittelt die Software, welche Ladung im Lagerhaus als Erstes von dem FTS abgeholt werden muss.

Bild 2-37 Zwei Fahrzeuge beim Käse-Handling im Reifelager (Quelle: Egemin 2008)

Die Fahrerlosen Transportfahrzeuge transportieren Käsepaletten mit einer totalen Länge und Höhe von mehr als 2 m und einer Breite von nur 85 cm. Es handelt sich also um schmale und sehr instabile Ladungen, wofür die Entwicklung eines speziellen, maßgefertigtes FTF erforderlich war. Die Käsepaletten werden eine nach der anderen in den Lagerhausreihen in Tieflagerzeilen eingelagert. Links und rechts der Regale befinden sich Belüftungsleitungen. Der freie Platz zwischen jeder Käsepalette und den Belüftungsleitungen beträgt nur 5 cm auf jeder Seite. Das bedeutet, dass das FTF eine sehr hohe Stabilität gewährleisten muss, damit Erschütterungen während des Ein- und Ausfahrens vermieden werden.

2.2.5 Baustoffe Weder der Bau noch die Herstellung von Baustoffen sind typische FTS-Zielbranchen. Trotzdem gibt es auch hier Anwendungsmöglichkeiten, von denen wir hier eine (fiktive) vorstellen wollen. Wir denken uns die Herstellung von Styropor-Dämmplatten. Dieser Hartschaum ist der Allrounder unter den Gebäude-Dämmstoffen, eingesetzt in Dächern, Wänden und Böden. Als Zwischenprodukt müssen dabei 5 m große Monolithen transportiert werden. Die logistischen Anforderungen beim Manövrieren und Handhaben sind hoch.

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Bild 2-38 Die FTF mit ihren riesigen Greifern für die empfindlichen Riesen (Quelle: DS 2007)

Die Monolithen entstehen in den sogenannten Blockformen durch thermische Expansion. Dort müssen die riesigen Quader (5.100mm x 1.050mm x 1.300 mm) aufrecht stehend abgeholt und in ein Lager gebracht werden. Die Fahrerlosen Transportfahrzeuge sind mit eindrucksvollen Greifern ausgestattet, mit denen sie einen oder auch zwei der bis zu 230 kg schweren Blöcke gleichzeitig aufnehmen können. Die Lastaufnahme und -abgabe kann variabel auf bis zu 500 mm hohen angetriebenen Rollenbahnen oder ebenerdig erfolgen. Sie transportieren die Monolithen in das Blocklager, wo sie zur Reifung ebenerdig abgestellt werden. Je nach Endprodukt dauert ein solcher Reifungsprozess von einem Tag bis zu mehreren Wochen. Die Bedienung des Blocklagers geschieht nur mit den FTF. Manuelle Eingriffe, z. B. mit Gabelstaplern, sind nicht erwünscht, weil so konstant zuverlässig und genau wie die automatischen Fahrzeuge kein Gabelstapler fährt. Das Blocklager hat eine extrem hohe Dichte, die Abstände zwischen den Blöcken sind sehr klein. Nach der Reifung müssen die Riesen zu einer der drei Schneidemaschinen. Auch diese Transporte übernimmt das FTS. Dort werden die Blöcke geschnitten, so dass Platten mit den gewünschten Endabmessungen entstehen. Die Platten werden verpackungsgerecht gestapelt und auf Paletten mit manuellen Gabelstaplern ins Fertigwarenlager transportiert. Die FTF navigieren im Layout frei, d. h. mit Hilfe der Magnetpunktfolge. Dadurch sind die hohe Layoutflexibilität und die Beherrschung des engen aber extrem hohen Blocklagers möglich. Bei dem FTF handelt es sich um einen Klammerstapler, wobei in diesem Fall eine kundenspezifische Klammer-Konstruktion mit einem standardisierten Hubgerüst kombiniert wird. Die Klammer muss die Haltekräfte sehr feinfühlig dosieren, damit die empfindlichen StyroporMonolithen nicht beschädigt werden. Das Hubgerüst ist in der Lage, die Last auf unterschiedliche Höhen zu platzieren.


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Bild 2-39 Enge Einstellsituation im Blocklager, eine Aufgabe für das FTF (Quelle: DS 2007)

Die Energie bekommen die Fahrzeuge aus Bleisäure-Batterien, die zwei Schichten lang halten. Dann fahren die Fahrzeuge automatisch zu den Ladestationen, wo die leeren Batterien manuell mit vollgeladenen gewechselt werden. Dazu haben die Mitarbeiter spezielle Rollwägen zur Verfügung, auf denen sich die zu ladenden Batterien befinden.

Bild 2-40 Lastaufnahme von der Rollenbahn (Quelle: DS 2007)

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2.2.6 Stahlindustrie Fahrerlose Transportsysteme kommen nicht nur in klassischen Bereichen der Intralogistik zum Einsatz, sie erobern auch zunehmend Bereiche, in denen es etwas rauer und robuster hergeht. Hierzu zählt auch die Stahlindustrie, von der Erzeugung über die Weiterverarbeitung bis hin zur Konfektionierung. Die Outokumpu GmbH ist weltweit einer der führenden Hersteller und Verarbeiter von rostfreiem Edelstahl. Die Konzernzentrale ist in Espoo, Finnland, in NLTerneuzen betreibt Outokumpu ein Auslieferungszentrum für Europa. Dort werden jährlich ca. eine halbe Millionen Tonnen rostfreier Edelstahl verarbeitet und ausgeliefert. Dabei setzt man vor allem auf ein modernes, durchgängiges und zuverlässiges Logistiksystem. Dies besteht aus einem automatischen Lager für Stahlcoils, zwei Fahrerlosen Transportsystemen, vier Produktionslinien, einem automatischen Zwischenlager für Blechpakete und einem modernen Produktionsplanungssystem. Das Auslieferungszentrum in Terneuzen erhält den meisten Stahl in Form von Coils per Schiff angeliefert. Dort werden sie abgehaspelt und nach Kundenwunsch abgelängt, geschnitten und wieder als Coil oder als Blechpakete termingerecht ausgeliefert. Hierfür gibt es vier Produktionslinien. Zwei, in denen das Material auf die richtige Länge zugeschnitten wird, und zwei, in denen es auf die richtige Schnittbreite gebracht wird. In diesen Prozessen spielen die Fahrerlosen Transportfahrzeuge eine Schlüsselrolle. Sie sorgen für die Lieferung der Rohware aus dem Lager in die Produktion sowie die Rückführung der fertigen Produkte in das Zwischenlager oder direkt in den Versand.

Bild 2-41 Coil-Transporter trägt 30-Tonnen-Rolle direkt mit Palette (Quelle: FROG 2005)

Zwei dreißig-Tonnen Schwerlast-FTF, die als Dornstapler ausgeführt sind, übernehmen die Versorgung der Produktion aus dem automatischen Coillager. Die Aufnahme der Coils an den Übergabestellen am Lagerausgang erfolgt mit einem so genannten Dorn im Zentrum des Coils. An diesem Dorn hängend wird der Coil zu der entsprechenden Produktionslinie gebracht und auf einem Drehkreuz aufgehängt. Von der einen Seite wird das Drehkreuz vom FTS bedient, auf der anderen Seite von der Produktion. Das Drehkreuz dient somit als Puffer und als Schnittstelle zwischen den Dornstapler-FTF und der Produktion. Angefangene Coils mit


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Restmengen werden von den zwei Dornstapler-FTF wieder zurück zum Coillager gebracht und automatisch eingelagert.

Bild 2-42 Coil-Übergabe vom Dorn-Stapler auf das Drehkreuz (Quelle: FROG 2005)

Die Entsorgung der Produktion übernehmen sowohl die zwei Dornstapler-FTF als auch ein weiteres Sechs-Tonnen Schwerlast-FTF, welches einen Kettenförderer als Lastaufnahmemittel hat. Zugeschnittene Bleche, die wieder als Coil gewickelt zum Kunden gehen, werden fertig verpackt auf Einwegpaletten am jeweiligen Ausgang der Produktionslinien bereitgestellt und von den Schwerlast-FTF zum Versand gebracht. Bleche, die als Paket gestapelt zum Kunden gehen, werden auf Einwegpaletten an den automatischen Übergabestationen der Produktionslinien bereitgestellt. Dort werden sie von dem Kettenförderer-FTF abgeholt und entweder zum Zwischenlager oder direkt zur Verpackung und weiter zum Versand transportiert.

Bild 2-43 FTF für Einwegpaletten mit zugeschnittenen Stahlblechen bis sechs Tonnen Gewicht (Quelle: FROG 2005)

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Die gesamten Produktionsabläufe werden über das Produktionsplanungssystem (PPS) von Outokumpu gesteuert und die erforderlichen Transporte in Form von Transportaufträgen an die FTS-Leitsteuerung übermittelt. Diese kombiniert und optimiert die Transportaufträge und weist sie als Fahraufträge den geeigneten Fahrzeugen zu. Alle erledigten Transporte werden wieder an das PPS zurück gemeldet. Damit wird eine lückenlose Warenrückverfolgung gewährleistet. Die Fahrzeuge haben entsprechend ihrer Nutzlast geeignete Radkonfigurationen. Die Dornstapler-FTF können sich zudem auf der Fläche bewegen; das bedeutet, sie können uneingeschränkt in alle Richtungen fahren und sich um beliebige virtuelle Punkte drehen. Die Fahrzeuge navigieren frei und fahren frei programmiert über ein im Boden verlegtes Magnetraster. Sie vermessen die überfahrenen Magnete mit einer Magnetsensorleiste. Die Fahrzeugsteuerung vergleicht die Position der detektierten Magnete mit den im Layout festgelegten Positionen und korrigiert eventuell vorhandene Abweichungen. Die Fahrzeuge planen anhand einer in der Fahrzeugsteuerung gespeicherten Karte des Arbeitsbereichs selbst ihren Weg. Diese Karte enthält die Fahrwege sowie die Positionen, Abmessungen und Funktionen aller Elemente, die für die Topographie des Anlagenbereichs von Bedeutung sind. Hierzu gehören z. B. Wände, Türen, Tore, Aufzüge, Ladegeräte, aktive und passive Übergabestationen und alle wichtigen Einrichtungsgegenstände. Die Karten mit den darin enthaltenen Elementen können vom Bediener jederzeit selbst geändert werden.

2.2.7 Kliniklogistik Die Kliniklogistik wurde in der Vergangenheit häufig stiefmütterlich behandelt. Allerdings wird der finanzielle Druck auf die Kliniken immer größer, so dass vermehrt Wert auf das Gesamtergebnis gelegt wird. Dabei verbindet die Logistik die einzelnen Bereiche; nicht nur technisch, sondern auch organisatorisch und damit letztlich auch wirtschaftlich. Versteht man es, diese Verknüpfungen richtig auszulegen, ergeben sich ungeahnte betriebswirtschaftliche Potenziale. Ein Logistikleiter einer (großen) Klinik hat also die Aufgabe, Teile des Abteilungsdenkens heraus zu lösen und für das gemeinschaftliche Ziel zu nutzen. Dieser Tatsache muss man sich auf allen Entscheidungsebenen bewusst werden. AWT-Anlagen, also automatische Warentransportanlagen sind seit jeher in großen Kliniken im Einsatz. Zunächst wurden P&F-Anlagen eingesetzt, später dann EHB12-Systeme. Bei P&F13 handelte es sich um mechanische Kettensysteme, die die Rollcontainer14 an der Decke der Versorgungsgänge transportierten. Bei den EHB-Systemen handelt es sich um einzelne, elektronisch angesteuerte und elektrisch angetriebene Einzelgehänge, die jeweils einen Container entlang einer Schiene unter der Decke transportieren. Die P&F-Technik ist sicher obsolet und wurde komplett von der EHB technologisch abgelöst. Ungefähr mit Beginn des neuen Jahrtausends rüsten viele Krankenhäuser weltweit ihre AWTAnlagen auf FTS um. Der FTS-Einsatz dreht sich um die Hauptwarenströme in der Kliniklogistik, die allesamt in Rollcontainern transportiert werden, als da wäre das Essen, die Wäsche, Sterilisationsgüter, Magazinware und der Müll. Verschiedene Ausführungen dieser Rollcontainer sind auf den folgenden Bildern zu sehen; die technischen Anforderungen werden im 12

EHB = Einschienen-Hängebahn

13

P&F = Power & Free

14

Die Rollcontainer werden auch Transportwagen oder Transportcontainer genannt


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dritten Buchkapitel beschrieben. Oft steht darüber hinaus noch ein Rohrpostsystem zur Verfügung, mit dem Akten, Proben und andere kleine Sendungen im Hause verschickt werden. Die Vorteile des FTS gegenüber der EHB sind: • Einfache Installation (während des Versorgungs-Betriebs) • Keine Deckenabhängungen • Mitbenutzung vorhandener Wege und Einrichtungen • Flexibler Einsatz, einfache Umprogrammierung • Ständige Zugriffsmöglichkeit auf jedes einzelne FTF. Grundsätzlich spricht für einen FTS-Einsatz in Kliniken: • Optimierung der Logistik-Abläufe • Organisierter Materialfluss • Zuverlässige und zeitgerechte Lieferungen im Sinne eines HACCP15-Konzepts • Automatische Verfolgung von Material • Reduzierung der Logistik-Kosten • Erhöhung der Sicherheit • Keine Beschädigungen von Containern, Türen, Wänden oder Einrichtungen • Integration in bestehende Gebäude ohne Unterbrechung der Versorgung. Zunächst setzten nur die ganz großen Unikliniken FTS ein, weil die wirtschaftlichen Vorteile auf der Hand lagen. Heute denkt man bereits in Kliniken ab ca. 600 Betten über FTS nach. Die üblicherweise eingesetzten Fahrzeuge unterscheiden sich hinsichtlich der Lastaufnahme. Grundsätzlich gibt es drei Varianten: Der Rollcontainer kann vom FTF oben angefasst und angehoben werden dazu braucht man ein Gabelhub-ähnliches FTF. Die beiden anderen Varianten unterfahren den Container und dieser kann entweder geschleppt oder huckepack gehoben transportiert werden. Bei der schleppenden Variante fahren Mitnahmedorne an der Oberseite des FTF aus und krallen sich den Rollcontainer, der bei der Fahrt auf seinen Rädern verbleibt. Das tragende Fahrzeug hebt den Rollcontainer nach der Positionierung wenige Zentimeter hoch und trägt ihn beim Fahren huckepack.

15

HACCP = Hazard Analysis and Critical Control Points-Konzept, ein vorbeugendes System, das die Sicherheit von Lebensmitteln und Verbrauchern gewährleisten soll (1998)

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Bild 2-44 Ein Gabelhub-FTF für die stirnseitige Aufnahme eines Rollcontainers (Quelle: MLR)

Der in modernen Anlagen am häufigsten eingesetzte Fahrzeugtyp ist das Unterfahr-FTF mit Hubeinrichtung. Die Vorteile dieses Fahrzeugtyps gegenüber dem Gabel-FTF sind: • Geringer Platzbedarf: der Container bestimmt fast ausschließlich den Platzbedarf. • Hohe Wendigkeit beim Rangieren. • Schnelle Übergabe vom automatischen Transport zum manuellen Verschieben des RollContainers.

Bild 2-45 Unterfahr-FTF mit Dorn-Aufnahme zum Schleppen von Rollcontainern (Quelle: DS)


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Bild 2-46 Unterfahr-FTF von drei unterschiedlichen FTS-Herstellern (Quelle von links: DS, MLR und Telelift, alle 2009)

2.2.7.1 FTS im Landeskrankenhaus Klagenfurt, Österreich Im Landeskrankenhaus Klagenfurt (1.400 Betten) läuft seit 2009 eins der modernsten AWTAnlagen, die bisher als FTS ausgeführt wurden. Die beeindruckende Installation mit einer großen Fahrzeugflotte zeigt auf, welches Potenzial in dem Intralogistik-Werkzeug FTS steckt. Eine Neubau-Maßnahme war der Anlass für eine Reorganisation der Kliniklogistik. Das Gesamtprojekt mit dem Namen LKH Neu hat eine Laufzeit von insgesamt zehn Jahren und umfasst neue Bettenhäuser, eine Zentralküche, eine Wäscherei, diverse weitere Funktionsbereiche sowie ein Ver- und Entsorgungszentrum. Alle Bereiche sind unterirdisch miteinander verbunden, so dass ein 14 km langes Streckennetz entstand. Das gesamte Konzept zeichnet sich dadurch aus, dass der Logistik eine gebührend große Beachtung geschenkt wird.

Bild 2-47 Ein FTF trägt einen Rollcontainer. Die Fahrzeuge haben eine maximale Nutzlast von 500 kg (Quelle: DS 2009)

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Sechzig Fahrerlose Transportfahrzeuge übernehmen die Essens-, Wäsche-, Apotheken- und Magazinware-Transporte. Sie erledigen ihre Transportaufgaben souverän und strahlen eine ruhige, unaufgeregte Atmosphäre aus. Die Gründe dafür liegen einerseits in der Antriebs- und Lenktechnik, aber nicht zuletzt auch in dem fortschrittlichen Navigationsverfahren. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte freie Navigation, weil die FTF nicht physikalischen Leitspuren wie Fahrdrähte oder Farbspuren folgen, sondern lediglich kleine Dauermagnete zur Orientierung ausreichen. Diese Magnete sind im Abstand von mehreren Metern entlang des Streckennetzes im Boden verlegt und genügen den Fahrzeugen zur Referenzierung. Intelligente Laserscanner sorgen für den Personen- und Anlagenschutz: Jedes Fahrzeug verfügt vorne und hinten über einen Scanner, der Hindernisse im Fahrkurs frühzeitig erkennt. Die Fahrzeuge sind so in der Lage, ihre Fahrgeschwindigkeit den Gegebenheiten anzupassen und sich homogen in das Betriebsgeschehen zu integrieren. Diese von den Berufsgenossenschaften anerkannten Personenschutzeinrichtungen verhindern zuverlässig jegliche Kollisionen mit Personen und Einrichtungen. Das Transportgut egal ob Essen, Wäsche, Müll oder Arzneien wird in Rollcontainern befördert, die vom Klinikpersonal geschoben werden können und für den automatischen Transport auf vorgegebene Aufsetzpunkte positioniert werden. Diese Punkte sind mit Leitblechen auf dem Boden markiert und mit Belegtsensoren ausgestattet. Der Mitarbeiter gibt dann nur noch an einem Eingabeterminal das Ziel des Transports ein und der Rest läuft automatisch ab. Die FTS-Leitsteuerung beauftragt ein FTF, das sich in der Nähe befindet, mit der Erledigung dieses Transports. Das Fahrzeug unterfährt den Container, hebt ihn wenige Zentimeter vom Boden auf und fährt ihn zu seinem Ziel. Beim Unterfahren liest er ganz nebenbei einen Transponder am Containerboden und überprüft die Plausibilität des Transports. Damit wird z. B. verhindert, dass ein Müllcontainer in die Küche gebracht wird.

Bild 2-48 Warten auf den Lift. Die Auf- und Abgabeposition direkt am Lift ermöglicht das Versenden von Rollcontainern (Quelle: DS 2009)


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Planungsprämissen Damit das Gesamtsystem überhaupt funktionieren kann, war eine umfassende Planung erforderlich. Zwei wesentliche Prämissen waren das Ringkonzept und die Redundanzen. Jeder Funktionsbereich wurde als logistischer Ring angelegt. Alle Materialflüsse fließen konsequent in eine Richtung: auf einer Seite kommt das Material an, durchläuft dann den Funktionsbereich und verlässt ihn dann auf der anderen Seite wieder. Damit werden gegenläufige Materialflüsse vermieden und die supply chain wird Wirklichkeit. So wirken beispielweise die Küche und die Wäscherei äußerst aufgeräumt eine Voraussetzung für die hohe Produktivität. Zu einer praxisgerechten Planung gehört das Vorsehen von Redundanzen. Bei der Gestaltung der Abläufe wird der Ausfall aller beteiligten Komponenten und Ressourcen bedacht: Wie kann der Klinikbetrieb aufrecht gehalten werden, wenn z. B. ein Lift oder eine Fördertechnik ausfällt? Für jedes Notfall-Szenario muss bereits im Vorfeld eine Plan B erdacht werden, damit später im täglichen Betrieb nicht der Ausfall einer technischen Einheit in eine Katastrophe führt.

Bild 2-49 Die unterirdische Welt der FTF. Hier befinden sich die langen Transportwege, Pufferplätze sowie die Batterieladestationen (Quelle: DS 2009)

Ein spezielles Notfallszenario ist der Feueralarm. Wird dieser ausgelöst, schaltet auch das FTS in einen speziellen Modus, der dafür sorgt, dass sich die FTF situationskonform verhalten. Dazu gehört, dass die Wege freigefahren und die Lifte nicht mehr verwendet werden. Automatische Türen werden nicht mehr durchfahren, damit diese einwandfrei schließen können. Beispiel Küche Zusätzliche Bettenhäuser und der Neubau der Küche machten prinzipielle Veränderungen in der Zubereitung und der Auslieferung der Mahlzeiten für die Patienten erforderlich. Das bisherige cook & serve16-Verfahren durch das moderne cook & chill17 abgelöst. Cook & serve 16

cook & serve = die Mahlzeiten werden direkt nach dem Kochen serviert.

17

cook & chill = die Mahlzeiten werden nach dem Kochen gekühlt und erst später bei Bedarf wieder erwärmt und serviert.

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bedeutete die Zubereitung der Speisen und das sofortige Verteilen und Servieren, was bei langen Transportwegen unmöglich wäre, weil die gesetzlichen Temperaturvorgaben nicht eingehalten werden könnten. Wenn das Essen beim Patienten ankommt, wären die warmen Speisen zu sehr abgekühlt und die kalten zu warm geworden. Deshalb setzt man heute auf cook & chill: Die Speisen werden nach der Zubereitung in der Küche sofort den HACCP-Vorgaben entsprechend abgekühlt. Sowohl die Tabletts mit den Speisen als auch die Rollcontainer werden auf vier Grad vorgekühlt, bevor sie per FTS auf die Stationen geschickt werden. Für die Rollcontainer gibt es dafür extra einen Kühlraum. Vierzig Tabletts passen in einen Wagen. Ein FTF fährt also den bis zu 350 kg schweren, gekühlten Transportwagen auf die Station und stellt ihn vor eine Regenerationsstation. Dort wird der Wagen geöffnet und an die Regenerationsstation angedockt. Hier werden dann die warmen Speisen erhitzt, während die kalten weiter gekühlt werden. Nach Beendigung des Regenerationsprozesses werden die Essenstabletts vom Stationspersonal an die Patienten ausgegeben. Nach dem Essen werden die Transportwägen mit dem schmutzigen Geschirr beladen und zurück in die Küche geschickt, wo sie vom Küchenpersonal geleert werden. Jeder Transportwagen geht obligatorisch nach jedem Transport durch die automatische Container-Waschanlage; den An- und Abtransport dorthin übernimmt natürlich auch das FTS. Um nicht mehr Transportwägen wie notwendig einsetzen zu müssen, werden in der Mittagszeit fast ausschließlich Essenstransporte durchgeführt; andere Transporte wie z. B. für Müll oder Apothekenware finden während dieser Rushhour nicht statt.

2.2.7.2 FTS im Nye Akershus Universitetssykehus, Universität Oslo, Norwegen Im staatlichen Krankenhaus Nye Ahus der Universität Oslo ist eine AWT-Anlage modernsten Zuschnitts installiert. Das Krankenhaus verfügt über 615 Betten in vier Bettenhäusern und einer Kinderklinik. Zur umfangreichen AWT-Anlage gehört das FTS mit 22 Fahrzeugen als zentraler Bestandteil. Das FTS bringt Waren in Rollcontainern von den Hauptaufnahmestellen (Küche, Wäscherei, Apotheke, Sterilzentrum) zu den Untersuchungs-, Behandlungs- und Pflegebereichen und transportiert leere Container bzw. Container gefüllt mit gebrauchten Gütern (z. B. Wäsche) oder Abfall zu den entsprechenden Aufbereitungsstationen (Abfallzentrale, Wäscherei, Küche). Die Fahrzeuge haben eine Tragfähigkeit von 500 kg und fahren rund 300 Lastwechselplätze an, die sie über 14 Aufzugsgruppen erreichen. Täglich werden 500 Transporte realisiert. Über Ethernet und WLAN übermittelt der Leitrechner die Auftragsvergabe an die FTF und übernimmt die Verkehrsregelung auf der rund 850 m langen Strecke. Der Leitrechner kommuniziert mit den speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) der Fördertechniken und den Aufzügen. Er verarbeitet und verwaltet die Ident-Informationen (einschließlich die der Barcode-Tags an den Containern) aller beteiligten Komponenten und Gewerke. Ebenfalls überwacht und angesteuert werden Brandschutztüren, Brandmeldungen für die Aufzüge, automatische Türen und Ladegeräte. Über einen OPC18-Server ist das Leitsystem auch mit der Gebäudeautomation verbunden.

18

OLE for Process Control (OPC) = standardisierte Software-Schnittstellen von AutomatisierungsAnwendungen unterschiedlichster Hersteller.


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Bild 2-50 Ein FTF mit Wäschewagen bei der Ausfahrt aus einem Lift (Quelle: MLR 2009)

Das ganze System ist dazu bestimmt, Container mit Essen, Wäsche, Apothekengüter, medizinischen Sachbedarf, Sterilgut, Lagerware sowie Schmutzwäsche, gebrauchtem Geschirr und Abfall rechtzeitig mit einem Minimum an Fahrzeugen an das richtige Ziel zu bringen. Um dies zu gewährleisten, funktioniert es als Taxisystem. Die Fahrzeuge fahren also nicht in festgelegten Intervallen zu den Stationen, sondern die Transporte werden durch die Belegung von entsprechenden Sendestationen initiiert. Der Leitrechner veranlasst erst dann die Fahrt eines FTF zu dieser Sendestation, wenn ein Container auf dieser Station detektiert wird. Die Identifizierung des Containers erfolgt während der Aufnahme eines Containers durch das FTF mittels des am Container angebrachten Barcodes. Folgende Strategien zur Optimierung der Transportabläufe wurden in der Leitrechnersoftware umgesetzt: • Kombinierte Transporte: Das Leitsystem kombiniert automatisch einzelne Transporte (Doppelspiele), um Leerfahrten (Zeit/Weg) zu minimieren. • Fahrzeuge können bei Leerfahrten zu Parkstationen unterwegs umdisponiert werden. Dadurch ist das Mitnehmen von Containern, statt Abholen durch ein anderes Fahrzeug möglich, was zur Verringerung des Leerfahranteils führt. • Automatische Zwischenpufferung von zeitweise nicht anlieferbaren Containern bzw. bei Erkennung eines Hindernisses bei der Lastabgabe wird automatisch ein neues Ziel gewählt. • Fahrplan für priorisierte Transporte, wie z. B. der Transport von Speisencontainern am Morgen. Flexible Fahrpläne definieren, wie viele Fahrzeuge für einen bestimmten Zeitrahmen reserviert werden. Die restlichen Fahrzeuge sind für andere Transporte frei.

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Bild 2-51 FTF-Verkehr auf einer Verbindungsstrecke zwischen zwei Bettenhäusern (Quelle: MLR 2009)

Die eingesetzten Unterfahr-FTF sind komplett in Edelstahl gefertigt. Sämtliche Verkleidungen und die Hubeinrichtung sind allseits abgedichtet. So lässt sich das Fahrzeug von allen Seiten auch von unten leicht reinigen und desinfizieren und erfüllt somit die immer strenger werdenden Hygienevorschriften. Die Geräteoberfläche kann dabei eine Temperatur von bis zu 85 °C erreichen. Der zur Geräuschdämmung gekapselte Antrieb ist in AC-Technik ausgeführt. Mit ihm kann das Fahrzeug vorwärts und rückwärts mit maximal 1,7 m/s fahren. Laserscanner an der Front- und Heckseite des Geräts sorgen dabei für den notwendigen Personenschutz und die erforderliche Hinderniserkennung. Das erweiterte Sicherheitskonzept der Fahrzeuge umfasst zusätzliche Bettsensoren zur Erkennung von auf dem Fahrweg oder im Aufzug stehenden Betten. Zusätzliche Funktionen wie das backing out of the lift sorgen dafür, dass Personen bzw. Hindernisse, die vom FTF im Lift erkannt wurden, problemlos die Liftkabine verlassen bzw. weggeräumt werden können. In diesem Fall setzt das FTF zurück und gibt die Aufzugskabine frei.

2.2.7.3 FTS im St. Olavs Krankenhaus, Trondheim, Norwegen Das neue Universitätsklinikum St. Olavs in Trondheim/Norwegen ist ein Haus mit 950 Betten. Hier sind ambulante Behandlung, Forschung und fachliche Ausbildung integrierte Funktionen. Um die komplexen Transportanforderungen des Krankenhauses zu erfüllen, muss das FTS in der Lage sein, Speisen, Müll, Medikamente, Zeitschriften und Sterilgut automatisch zu transportieren. Dazu werden Unterfahr-FTF eingesetzt, die die Rollcontainer unterfahren, aufheben (schultern) und transportieren und ein Fahrkurs von insgesamt 4.500 m abfahren. Die Versorgung der Patienten und des Personals mit Speisen, Vorräten und Wäsche ist ein wesentlicher Bestandteil des Krankenhausablaufs. Im St. Olavs Hospital werden die meisten Waren in Rollcontainern aus einem externen Lager an die LKW-Rampe des Krankenhauses angeliefert und stehen dort für Transporte mit dem FTS bereit. Die Lagerung der Container an der Verwendungsstelle verbessert die Kontrolle über den Warenfluss und reduziert Lagerbestände.


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Bild 2-52 Ein FTF bei der Ausfahrt aus einem Lift; links mit Rollcontainer (Quelle: Telelift 2009)

Die Be-und Entladevorgänge werden vom System automatisch durchgeführt und die Transportaufträge mittels Transponder übertragen. Diese Chips ermöglichen eine einfache Handhabung, indem sie seitlich in eine spezielle Tasche der Container platziert werden.

Bild 2-53 Ein beladenes und ein unbeladenes Fahrzeug begegnen sich (Quelle: Telelift 2009)

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Das freie Navigationssystem erlaubt jede Änderung der Bewegung des Fahrzeugs und der Fahrstrecke durch einfache Softwareanpassung. Umbauten im Gebäude bedarf es daher nicht. Hier findet die sogenannte Gebäudenavigation Verwendung, ein sehr fortschrittliches Verfahren, das keine separaten Navigationssensoren benötigt, sondern die ohnehin vorhandenen Daten des Personenschutzscanners für Navigationszwecke mit verwendet. Dabei kommt das Verfahren auch ohne jegliche ortsfeste, künstliche Marken wie Magnete oder Reflektoren aus. Die Fahrerlosen Fahrzeuge rufen Aufzüge, öffnen und schließen Türen über ein drahtloses IPNetzwerk. Sonnenschutzvorrichtungen im Gebäude werden von Sensoren automatisch gesteuert und sorgen für eine bedarfsgerechte Einstellung, die insbesondere für die beschriebene Navigationstechnik benötigt wird. Die Beleuchtung schaltet sich automatisch ab, wenn keine Bewegung erkannt wird. In der Versorgungszentrale des Krankenhauses können Techniker am Bildschirm alle Abläufe verfolgen. So ist das FTS Teil einer digitalen Klinik.

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3 Stand der Technik Nimmt man die Einteilung der FTS-Geschichte in Epochen wieder auf, so befindet sich die FTS-Entwicklung am Ende ihrer dritten Epoche. Es hat sich ein stabiler Technologiestandard entwickelt, mit dem kundenspezifische verlässliche Systemlösungen realisiert werden. Um die Beschreibung dieses Technologiestandards geht es in diesem Kapitel. Doch zunächst zur Definition eines FTS, und zwar gemäß der VDI 2510, an der wir uns im Folgenden auch halten wollen: Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) sind flurgebundene Fördermittel mit eigenem Fahrantrieb, die automatisch gesteuert und berührungslos geführt werden. Sie dienen dem Materialtransport, und zwar zum Ziehen und/oder Tragen von Fördergut mit aktiven oder passiven Lastaufnahmemitteln. In dieser Richtlinie werden Fahrzeuge mit Radantrieben betrachtet. Ausgeschlossen werden schienengeführte Fahrzeuge, Luftkissenfahrzeuge sowie Laufmaschinen. Die Umsetzung von Kundenforderungen hat eine Fülle von Systemauslegungen hervorgebracht. In gleichem Maße sind die Ansprüche der Kunden mitgewachsen. Mit dem erweiterten Anwendungsspektrum und der technischen Entwicklung steigt auch die Komplexität der Systeme. Nun dürfen mit zunehmender Komplexität die Systemkosten nicht linear steigen. Der Kunde erwartet, ähnlich wie im heimischen IT-Markt, dass ständige Leistungsverbesserungen ohne Preiserhöhungen realisiert und angeboten werden. Der Optimierungserfolg durch automatisierte Systeme liegt heute im gut aufeinander abgestimmten Mix unterschiedlicher Transportmittel und Automatisierungsgrade. Die Hersteller können dabei auf ihre langjährige Planungserfahrung und erprobte Technologien zurückgreifen. Die Gliederung dieses Kapitels mag auf dem ersten Blick zunächst unlogisch erscheinen. Wir betrachten das System FTS hier nicht streng systemhierarchisch, sondern setzen Schwerpunkte dort, wo der Automatisierungsgedanke die Technik bestimmt, also bei den fahrerlosen Aspekten. Diese ergeben sich aus den funktionalen Unterschieden zu fahrerbedienten Fahrzeugen, wie z. B. den klassischen Gabelstaplern: • Fahrerlose Fahrzeuge orientieren sich in einer bekannten Umgebung, ohne vom Bediener direkt gesteuert zu werden. • Fahrerlose Fahrzeuge garantieren ihr sicheres Agieren, d. h. sie tragen Sorge für jeglichen Personenschutz sowie für den Schutz vor Beschädigungen an der Last und an Umgebungseinrichtungen. • Fahrerlose Transportsysteme organisieren sich selbst im Sinne einer optimalen Bearbeitung der Transportaufträge. • Fahrerlose Transportsysteme müssen sich in vorhandene Umgebungen integrieren lassen und in der Lage sein, on-demand mit angrenzenden Systemen zu kommunizieren. Deshalb beginnen wir mit der Navigation und der Sicherheit, letztlich die beiden ureigensten Funktionen eines FTS. Anschließend betrachten wir die FTS-Leitsteuerung, weil sie für das Organisationsmittel FTS noch wichtiger als das einzelne Fahrzeug ist. Dies behandeln wir dann mit seinen Hauptkomponenten im dritten Unterkapitel. Das vierte Unterkapitel beschäftigt sich last but not least mit dem stationären Umfeld des FTS, worunter die Infrastruktur und peripheren Einrichtungen zu finden sind. G. Ullrich, Fahrerlose Transportsysteme, DOI 10.1007/978-3-8348-9890-6_3, © Vieweg+Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011

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3 Stand der Technik

3.1 Navigation und Sicherheit als zentrale Systemfunktionen Aus unserem menschlichen Tun verstehen wir die beiden Funktionen Navigieren und Sicherheit nicht unbedingt als separat, sondern integriert angelegt. Wenn wir gehen, laufen oder rennen, dann versuchen wir auf den Wegen zu bleiben und das Ziel zu erreichen (Navigation). Gleichzeitig, und zwar stets und ununterbrochen, achten wir darauf, mit niemanden zu kollidieren oder irgendwo gegen zu laufen (Sicherheit). Wir praktizieren also das sicherere Navigieren, und das immer und mit allen Sinnen wenn alles gut geht. Das FTS in seiner dritten Epoche kann das noch nicht. Es sind heute immer noch ganz verschiedene Funktionen, die mit unterschiedlichen Techniken und Komponenten ausgeführt werden. Das Fahrerlose Transportfahrzeug folgt nämlich einer physischen oder virtuellen Spur solange, bis ein separates Sicherheitssystem das Anhalten befiehlt. Bestimmte Navigationskomponenten und Steuerungsteile agieren solange, bis z. B. ein Personenschutz-Scanner und seine Notauskreise ansprechen. Dass diese beiden Funktionen zukünftig integriert sein werden, ist Thema des fünften Kapitels. Hier nutzen wir die Ist-Situation für eine vereinfachende sequenzielle Beschreibung der Funktionalitäten.

3.1.1 Die Navigation Unter Navigation werden nach DIN1 Maßnahmen zur Fahrzeugführung verstanden, mit deren Hilfe ermittelt wird, a) wo sich das Fahrzeug befindet, b) wohin das Fahrzeug gelangen würde, wenn keine seine Bewegung verändernden Maßnahmen ergriffen werden, und c) was zu tun ist, um ein gewünschtes Ziel sicher zu erreichen, gegebenenfalls auf einem vorgegebenen Weg. Dabei bewegt sich das FTF im ortsfesten Koordinatensystem, dessen Grundfläche dem Fahrbereich des FTS entspricht (z. B. Halle). Auf dem Fahrzeug selbst kann ein Fahrzeugkoordinatensystem aufgespannt werden, dessen Ursprung üblicherweise im Mittelpunkt, im Schwerpunkt oder im Zentrum einer der Fahrzeugachsen befindet. Innerhalb dieses mobilen Koordinatensystems werden nicht die Fahrzeugbewegungen, sondern Bewegungen relativ zum Fahrzeug, also z. B. Lastbewegungen beschrieben. Das ortsfeste Koordinatensystem die Informatiker nennen dies Weltkoordinatensystem wird seinen Ursprung üblicherweise in einer Hallenecke bzw. an der äußersten Ecke des Einsatzbereiches haben. Das FTF fährt dann ausschließlich in der Grundfläche des Koordinatensystems. Bewegungen in der ortsfesten Höhenachse kommen eigentlich nicht vor, sieht man von Fahrten des FTF im Lift/Aufzug von einer Ebene auf die nächste einmal ab, wo ja die Angabe einer Ebenen-Nummer zur Beschreibung der Höhe ausreichen.

1

DIN 13312:2005-02 Navigation Begriffe, Abkürzungen, Formelzeichen, graphische Symbole

3.1 Navigation und Sicherheit als zentrale Systemfunktionen

77

Bild 3-1 Das FTF im ortsfesten und mit seinem eigenen Koordinatensystem

Wichtig für die Vorgänge ist nun die Bestimmung der Position2 des Fahrzeugs im ortsfesten Koordinatensystem. Diese wird üblicherweise durch die beiden translatorischen Koordinaten der Grundfläche und eine rotatorische Koordinate, also die Orientierung in der Grundfläche, beschrieben. Nun laufen zwei fundamentale Vorgänge ab, die je nach Verfahren mehr oder weniger ausgeprägt sind: das Koppeln und das Peilen. Das Koppeln wird auch Odometrie genannt und meint die Positionsbestimmung mittels interner Sensoren. So wie bei einem Segelboot mit Hilfe von Kompass, Uhr und Logge gekoppelt wird, sind es im FTF Drehwinkelgeber an den Rädern, Zeitzähler und ggf. ein Magnetkompass, die fürs Koppeln verwendet werden. Das Koppeln ist prinzipbedingt fehlerbehaftet, z. B. durch Schlupf der Räder sowie Veränderung der Radumfänge aufgrund wechselnder Lastgewichte. Hier treiben die FTS-Hersteller oft enormen Aufwand, um die Genauigkeiten und die Verlässlichkeit zu erhöhen. So werden spezielle Messräder (eins oder zwei) ins Fahrwerk integriert, die unabhängig von Antriebs- oder Lenkeinflüssen lediglich die möglichst exakte Bewegung des Fahrzeugs registrieren, und noch zusätzlich ein Magnetkompass eingebaut. Diese Systeme dienen lediglich der Redundanz und der Sicherheit. Genau wie beim Segelboot summieren sich trotz allem Aufwand die Fehler irgendwann zu inakzeptablen Werten. Deshalb sind rechtzeitig und regelmäßig Peilungen erforderlich. Diese Peilungen werden auch Ortung genannt und verwenden entweder ortsfeste passive Marken oder aber sogar aktive Technologien. Ortsfeste Marken können künstlich sein: Auf dem Segelboot wird vielleicht ein Leuchtfeuer mit dem Kompass vermessen, das FTF vermisst vielleicht ortsfest an Säulen oder Wänden angebrachte Reflexmarken. Ortsfeste Marken können auch natürlich sein: Der Skipper auf dem Segelboot erkennt vielleicht Landzungen oder Kirchturmspitzen, die er mit dem Kompass anpeilen und in die Seekarte eintragen kann. Das FTF kann unter Umständen bestimmte Gebäudekonturen erkennen und zur Positionsbestimmung verwenden. Der bekannteste moderne Vertreter einer aktiven Technologie zur Peilung ist das GPS-System. Hier wird der GPS-Empfänger von den GPS-Satelliten vermessen. Das FTF verwendet diese Messungen zur eigenen Positionsbestimmung ähnlich wie beim Navigationsgerät im PKW.

2

Position, auch Lage oder Pose.

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3 Stand der Technik

Allerdings gab es insbesondere während der zweiten FTS-Epoche die aktiv induktive Spurführung, die weit verbreitet war und auch aktiv arbeitete. Bevor wir uns jetzt den konkret-eingesetzten Navigationsverfahren widmen, muss noch der Begriff der Standortbestimmung erklärt werden. Der Standort ist eine mitunter andere Beschreibung der Position. Während die Position eine exakte Koordinatendarstellung meint, kann der Standort andere Informationen beinhalten, z. B. wenn bestimmte Aktionen erforderlich sind. Dies können sein: Abzweigungen, Lastübergaben, Andockstellen, Bahnhöfe oder Punkte im Layout, die gesonderte Blink- oder Warnsignale sowie eine geänderte Fahrgeschwindigkeit notwendig machen. So können also einzelne, bestimmte Positionen im Layout als Standorte definiert und vielleicht durchnummeriert sein. a) Physische Leitlinien (optisch oder induktiv)

a)

b) Künstliche Marken im Boden (Punktfolge) c) Künstliche Marken im Boden (Raster) d) Künstliche passive bodenfreie Marken (Laser) e) Aktive bodenfreie Marken (GPS)

b)

c)

d)

e)

Bild 3-2 Die gängigen Navigationsverfahren: a) die starren und b) bis e) die freien Verfahren mit virtueller Leitlinie

Wir wollen uns nun den Navigationsverfahren zuwenden. Dabei werden wir nicht zu detailliert in die Theorie der Verfahren einsteigen, sondern uns auf den Nutzen für den Anwender konzentrieren. Dazu werden wir im letzten Unterkapitel 3.1.1.5 die relevanten Verfahren tabellarisch gegenüber stellen.


3.1.1.1

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Die physische Leitlinie

Fahrerlose Transportsysteme, die auf physischen Leitlinien navigieren bzw. fahren (Bild 3-2 a)), benutzen Einrichtungen am oder im Fußboden. Die gängigsten Varianten sind: • Die aktiv-induktive Leitspur, bei der stromdurchflossene Leiter im Boden eingelassen werden. Dabei wird ähnlich der Blockstreckensteuerung bei der Eisenbahn das Layout in Abschnitte unterteilt, die getrennt und einzeln ein- und ausgeschaltet werden können. Unter dem Fahrzeug sind im rechten Winkel zur Leitspur zwei Spulen angebracht, in die der Wechselstrom des Leitdrahtes einen Strom induziert. Die Stromdifferenz in den beiden Spulen ist ein Maß für die Abweichung von der Leitspur und regelt negativ verstärkt den Lenkmotor. • Die passiv-induktive Leitspur, bei der ein Metallstreifen von ca. 5 bis 10 cm Breite auf dem Fußboden verklebt wird. Ein Sensor, bestehend aus zwei bis drei Magnetfeldsensoren unterhalb des Fahrzeuges, erkennt mit Hilfe der Kantendetektion das Metallband bzw. die Feldänderung und nutzt diese zur Ansteuerung des Lenkmotors. Es gibt auch Verfahren, bei denen anstelle einfacher Metallstreifen Magnetbänder verlegt werden. Der Leseabstand beträgt typischerweise 10 bis 30 mm. • Die optische Leitspur, bei der ein Farbstrich mit deutlichem Farbkontrast zum umgebenden Boden entweder lackiert oder mit einem speziellen Textilband aufgebracht wird. Eine geeignete Kamerasensorik unter dem Fahrzeug nutzt ebenfalls Kantendetektions-Algorithmen und errechnet so die Ansteuerungssignale für den Lenkmotor. Die heute übliche digitale Signalverarbeitung erlaubt das Erkennen von stark beschädigten Spuren sowie neben der Spur aufgebrachte Kodierungen für die Standortbestimmung.

Bild 3-3 Prinzipskizze zur induktiven und optischen Spurführung (Quelle: Götting)

Die erste Variante wurde als induktive Spurführung zu der wichtigsten Technik der FTS-Epoche 2. Mit einem Generator (4 20 kHz, typisch 100 mA) wird ein Wechselstrom durch die Leiterschleife getrieben. Das induktive Wechselfeld wird weder durch Schmutz, Regen, Schnee noch durch die Fahrbahn (Beton, Asphalt) beeinflusst. Es ist lediglich ein gewisser Abstand zu metallischen Abdeckungen und störenden Induktionsschleifen (Stahlmatten) einzuhalten. Mit mindestens zwei Feldsensoren, z. B. mit zwei Spulen, die in einem Kreuz angeordnet sind, wird das induktive Feld bzw. die horizontale Abweichung der Sensoranordnung über dem Leitdraht festgestellt. In modernen Anlagen gibt es sie in der beschriebenen ursprünglichen Ausprägung kaum noch. In komplexen Layouts verwendet man heute eher die freien Verfahren, d. h. diejenigen mit virtueller Leitspur.

80

3 Stand der Technik

Bild 3-4 Geräte für die induktive und optische Spurführung (Quelle: Götting)

Wenn das Layout einfach d. h. ohne viele Verzweigungen ist, bieten sich aus Kostengründen eher die passiv-induktive oder die optische Spur an. Es sei denn, man setzt auf die berührungslose Energieübertragung, die mit einem im Boden verlegten Doppelleiter arbeitet und neben der Energie quasi als Nebenprodukt auch die Navigation bereitstellt. Diese Technologie wird in Kapitel 3.3.2.3 Energieversorgung näher betrachtet.

Bild 3-5 Prinzipskizze zur Spurführung auf einem Doppelleiter bei der berührungslosen Energieübertragung (Quelle: Götting)

Der Metall- oder Farbstreifen wird meist in einfachen Layouts bzw. in Fahrzeugen des Niedrigpreissegments verwendet. Typische Anwendungen findet man in der Serienmontage.

3.1.1.2

Stützpunkte im Boden

Künstliche Marken im Boden werden heute oft als Vertreter der so genannten freien Navigation eingesetzt; frei deshalb, weil die Fahrspur nicht physisch starr, sondern virtuell in einem Rechner realisiert wird. Zur Berechnung der Leitlinie bedarf es einerseits der Koppelnavigation, zusätzlich der für die Peilung in regelmäßigen Abständen in den Boden eingelassenen Marken. Diese Marken können rein passive Dauermagnete oder aber quasi-aktive Transponder sein.

Bild 3-6 Prinzipskizze zur Koppelnavigation (links) und zur Magnet- bzw. Transpondernavigation (rechts) (Quelle: Götting)


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Die kostengünstigen Dauermagnete sind meist aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) und haben eine zylindrische Form mit einer Länge von 5 bis 30 mm und einem Durchmesser von 8 bis 20 mm, je nach Hersteller. Sie haben eine einfache Nord-/Süd-Polung und sind außerordentlich stark. Die Verlegung geschieht in eigens gebohrte Löcher, in die der Magnet mit Hilfe von Epoxidkleber fixiert wird. Anschließend kann der Boden mit einer Epoxid- oder Vinylschicht versiegelt werden und/oder einen Farbanstrich bekommen. Sie können als Raster oder als Punktfolge verlegt werden. Das flächendeckende Raster erlaubt eine höhere Layoutflexibilität, bei Verlegung als Punktfolge benötigt man prinzipbedingt weniger Bodenmarkierungen. Der Punkt- oder Rasterabstand ergibt sich aus den Genauigkeitsanforderungen an die Fahrbewegungen, der Fahrzeugkinematik und den Fahrzeugabmessungen. Wichtig ist auch die Güte der Lagekopplung, die durch Einsatz eines Kreiselkompasses verbessert werden kann. Anzahl und Lage der Bohrungen sind vom FTS-Hersteller zu bestimmen. Magnete in Punktfolge haben meist einen Abstand von 1 bis 10 m. Die Verlegung im Raster geschieht im Abstand von weniger als die Fahrzeugbreite, wobei auf jeder Verlegelinie nur jeder zweite Magnet gesetzt und die Linien gegeneinander versetzt angeordnet werden.

Bild 3-7 Ein versetztes Magnetraster (engl.: staggered grid)

Bild3-8 zeigt eine typische Magnetsensorleiste, die eigens für den Einsatz in Fahrerlosen Fahrzeugen entwickelt wurde. Zur Messung der Magnetfelder der Bodenmagnete kommen HallSensoren zum Einsatz. Diese wandeln das sie durchfließende Magnetfeld in eine Spannung um, die proportional zur Feldstärke ist.

Bild 3-8 Eine Magnetsensorleiste (MSL) für den Indoor-Einsatz; Standardlänge: 387 mm, Höhe: 43 mm, Breite: 50 mm (Quelle: MLR)

82

3 Stand der Technik

Die Länge einer MSL ist konfigurierbar. Ihre maximale Länge ist auf die Breite des Fahrzeuges beschränkt, weil sie senkrecht zur Fahrspur unter das Fahrzeug montiert wird. Die Leiste besteht aus einer bis neun Gruppen von jeweils acht Hall-Sensoren. Jede dieser Gruppen wird von einem Prozessor verwaltet. Alle Prozessoren gemeinsam liefern ihre Daten an den Hauptprozessor des Gerätes, der letztlich die Position des/der Magneten unter der Leiste bestimmt. Die MSL verfügt sowohl über eine CANopen- als auch eine RS232-Schnittstelle. Für die MSL werden Dauermagnete der Größen (Durchmesser x Länge) 10 x 10 mm, 15 x 5 mm oder 20 x 10 mm eingesetzt. Die Remanenz dieser Magnete, also die Stärke des Magnetfeldes, liegt bei 1.100 bis 1.250 mT. Leseabstände, also der Abstand zwischen der MSL und dem Magneten, von 10 bis 60 mm liefern eine Messgenauigkeit von besser als 2 mm. Ein weiteres Produkt am Markt ist die MMS (magnet measurement sensor), die sowohl für den Innen- als auch Außeneinsatz konzipierte ist. Sie erreicht nicht die sehr gute Genauigkeit der MSL, sondern nur ca. 5 mm. Dafür schafft sie diese aber auch bei hohen Leseabständen (bis zu 200 mm) und bei Überfahr-Geschwindigkeiten von bis zu 80 km/h. Sie ist also nicht nur für den klassischen FTS-Einsatz gedacht, sondern auch für schnellfahrende teilautomatisierte Fahrzeuge im Außeneinsatz, wie z. B. Linienbusse, bei denen der Fahrer Unterstützung bei der Anfahrt an Haltestellen bekommt.

Bild 3-9 Eine Magnetsensorleiste (MMS: magnet measurement sensor) für den In- und Outdoor-Einsatz; Längen von 530 bis 2.210 mm, Höhe: 30 mm, Breite: 60 mm (Quelle: FROG)

Im Außenbereich werden häufig anstelle der passiven Magnete quasi-aktive Transponder in den Boden eingelassen. Diese werden von der Leseeinheit unter dem Fahrzeug per Induktion mit Energie versorgt, die sie dann dazu nutzen, ihre eigene Kennung (Codierung) an die Leseeinheit zu senden. Gleichzeitig sorgen Antennen in der Leseeinheit dafür, dass die Position des Transponders exakt vermessen wird.

Bild 3-10 Leseeinheiten für Transponder (Quelle: Götting)


83

Vorteilhaft gegenüber der Magnetnavigation ist neben der absoluten Codierung und die Möglichkeit, zusätzlich Layout-Informationen zur Standortbestimmung zu hinterlegen, auch der größere Leseabstand, der für mehr Bodenfreiheit bei den Fahrzeugen sorgt. Allerdings sind die Geräte deutlich teurer und größer als die Magnetsensorleiste.

3.1.1.3

Die Lasernavigation

Die Lasernavigation ist der prominenteste Vertreter der freien Navigation und damit der Hauptkonkurrent der Magnetnavigation. Retroreflektierende Folien an Wänden oberhalb der Köpfe der Mitarbeiter werden an den Wänden und Säulen angebracht und können von einem rotierenden Laserscanner auch über größere Entfernungen genau vermessen werden.

Bild 3-11 Prinzipskizze (links) und Laserscanner samt Reflektor (rechts) für die Lasernavigation mit künstlichen Reflektoren an Wänden und Säulen (Quelle: Götting)

Je nach Verfahren (mit und ohne direkte Entfernungsmessung) müssen mindestens zwei oder drei Marken zur Positionsbestimmung sichtbar sein. Das Verfahren ist sehr flexibel, d. h. neue Fahrkurse lassen sich direkt einprogrammieren oder durch eine Lernfahrt (Teach-In) erstellen. Um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden ist es ggf. erforderlich, die Marken zu codieren. Beide Verfahren, also die Laser- und die Magnetnavigation, sind ähnlich flexibel. Die Auswahl trifft man nicht zuletzt anhand der Kriterien: Bodenmagnete erfordern (geringfügige) Arbeiten am Boden; die Sicht zu den Laserreflektoren muss von jeder Layoutposition aus frei sein.

Bild 3-12 Laserscanner zur Bestimmung der Position mit künstlichen Reflektoren an Wänden und Säulen; links: NAV 200, rechts: NAV 300 (Quelle: Sick)

Auf dem FTF angebracht, scannen die beiden Geräte NAV 200 und 300 während der Fahrt berührungslos ihre Umgebung und vermessen fortlaufend die Positionen der ortsfesten Reflek-

84

3 Stand der Technik

toren. Im Vergleich mit ihren bei der Inbetriebnahme und Konfiguration zuvor gespeicherten Positionen dieser Reflektoren erkennen die Geräte daraus gültige Reflektoren im Parcours. Diese werden dann zur Bestimmung ihrer eigenen momentanen Position und Ausrichtung im Parcours verwendet, die gleichzeitig der des FTF entsprechen. Die aktuellen Positionsdaten werden jeweils auf Anforderung an den Fahrzeugrechner des FTF in Form von Koordinaten ausgegeben. Der Fahrzeugrechner kann damit den Kurs des FTF entsprechend korrigieren. Ein wesentlicher Unterschied der beiden Geräte liegt in der maximalen Entfernung der Reflektoren zum Scanner: der NAV 200 ist bis 30 m und der NAV 300 bis 100 m Entfernung einsetzbar. Der NAV 300 hat zudem den Vorteil, dass er neben den künstlichen auch natürliche Marken erkennen kann. In Ergänzung zu oder auch anstatt von künstlichen Peilmarken lassen sich natürliche Peilmarken (Landmarken wie Pfeiler, Wände etc.) zur Spurführung von Fahrzeugen verwenden. Es ist wichtig, dass diese Marken deutlich zu erkennen sind und ihre Position sich nicht verändert. Da es sowieso weit verbreitet ist, optische Sensoren zur Hinderniserkennung zu verwenden, bietet es sich an, diese Sensoren auch zur Führung des Fahrzeugs an natürlichen Peilmarken zu nutzen. Eine typische Anwendung ist die Nutzung eines entfernungsmessenden Laserscanners, um an einer Wand entlang zu fahren. Dabei dient die Wand nur zur Hilfsorientierung. Eine vollständige Positionsbestimmung/Navigation ist nur möglich, wenn zusätzliche Verfahren, wie z. B. Kantendetektion oder eine künstliche Peilmarke hinzukommen.

Bild 3-13 Das Prinzip des geschwenkten Laserscanners, angebracht auf dem Dach eines Staplers, der damit zum frei-navigierenden FTF wird. Oben auf der Suche nach natürlichen Marken an der Decke: der rote, geschwenkte Scanner; unten auf Schienbeinhöhe: der gelbe fest installierte Personenschutzscanner (Deckennavigation ANS3, Quelle: Siemens) 3

ANS = Autonomous Navigation System


85

Wenn der Laserscanner zusätzlich um eine weitere Achse geschwenkt wird, ist es möglich, ein 3D-Bild von der Umgebung zu erstellen. Dieses Verfahren benötigt aber mehr Zeit als die zweidimensionale Aufnahme und ist daher prinzipiell nicht für schnell fahrende Fahrzeuge geeignet. Vorteilhaft ist, dass man sich nun in Gebäuden auch an der Decke orientieren kann (Deckennavigation). Die Sicht zur Decke ist in der Regel frei von Hindernissen und somit zuverlässig nutzbar. Aktuelle Entwicklungs- und Projekterkenntnisse zeigen, dass durch ausschließliche Verwendung der Deckennavigation eine Positioniergenauigkeit im Bereich von ± 20 mm erreicht werden kann. Gleichsam als Nebenprodukt der Navigation bietet das Gesamtkonzept durch den schwenkenden Scanner eine Hinderniserkennung für Fahrzeug inklusive Last. Hierbei handelt es sich zwar um keine sichere Hinderniserkennung im Sinne des Personenschutzes, wohl aber werden statische Hindernisse, beispielsweise die Handbedieneinheit eines Portalkrans, erkannt und daraus folgend ein Bremsvorgang eingeleitet. Deckenkräne sind übrigens nicht das Aus für diese Technik: Zwar verhindern sie zeit- bzw. stellenweise die freie Sicht zur Decke, allerdings ist die Software in der Lage, den Höhenabschnitt, in dem sich der Kran bewegt, auszublenden.

3.1.1.4

Das Global Positioning System (GPS)

Kommen wir zu den aktiven Technologien mit künstlichen bodenfreien Marken. Um sich in sehr großen Räumen oder auch auf dem freien Feld zu orientieren, reichen passive Marken in der Regel nicht aus. Aktiv sendende Marken, z. B. Leuchttürme, haben den Vorteil, dass sie auch über sehr große Entfernungen eindeutig in ihrer Richtung in Bezug auf das Fahrzeug bestimmt werden können. Bei Verwendung mehrerer dieser Marken lassen sich Ort und Richtung des Fahrzeugs bestimmen. Bedeutender sind jedoch Funkverfahren, bei denen eine Selbstortung auch mittels Laufzeitmessung zu Satelliten (GPS) oder stationären, codierten Radarreflektoren vorgenommen wird. Voraussetzung für eine genaue und zuverlässige Ortung ist, dass quasi eine freie Sicht zwischen der Ortungsantenne am Fahrzeug und den Satelliten bzw. den Radarreflektoren besteht. Daher ist die Satellitennavigation grundsätzlich im Freien auf unbebautem Gelände einsetzbar. In bebauter Umgebung, z. B. zwischen Gebäuden oder auch zum Teil in großen, offenen Hallen, ist das GPS ungeeignet. Hier kann nur ein sog. LPR (Local Positioning Radar), also ein Indoor-GPS aufgebaut und verwendet werden. Statt hochgenauer, beweglicher und teurer Satelliten werden relativ preiswerte Funkbaken stationär in dem Aktionsbereich eingesetzt. Auch hier wird die Laufzeit zu den Baken gemessen und damit der Standort des Fahrzeugs ermittelt. Mit einer günstigen Anordnung der Baken kann man auch ein bebautes Gelände ausreichend ausleuchten. Das System ist allerdings deutlich ungenauer als das aufwendige GPS, selten werden ±10 cm, meist ± 30 cm Messgenauigkeit erreicht.

Bild 3-14 Prinzipskizze zur Navigation mittels GPS (Quelle: Götting)

86

3 Stand der Technik

Allgemeine Informationen zum GPS finden sich leicht im Internet, weshalb wir hier nicht darauf eingehen müssen. Zur GPS-Navigation bei FTS haben wir vorne in Kapitel 2.1.5.2 Navigation im Außenbereich bereits die unterschiedlichen Stufen besprochen, die man bezüglich technischem Aufwand und Kosten zur Erlangung der geforderten Positioniergenauigkeit benötigt. Für eine Genauigkeit von wenigen Zentimetern ist das sog. real time kinematic dGPS notwendig, was aber auch einen freien Sichtkegel nach oben von 15° benötigt. Enge Häuserschluchten, Metallkräne und Brücken schränken die Einsatzmöglichkeiten stark ein.

3.1.1.5

Gegenüberstellung der Verfahren

Im Folgenden sind die verschiedenen Navigationsverfahren sowie ihre Vor- und Nachteile tabellarisch aufgeführt. Tabelle 3-1 Gegenüberstellung der Navigationsverfahren Verfahren Leitdraht (aktiv induktiv)

Vorteile

Nachteile

● bewährte Technik

● veraltete Technik

● einfache Fahrzeug-Steuerung

● unflexibel ● aufwendige Bodeninstalla-

tionen ● Layoutänderungen extrem

teuer ● störanfällig wg. Leitdraht-

bruch optische oder (passiv) induktive Leitspur

● preiswerte Technik (Low

Cost, simple solution) ● einfaches Layout ist schnell in

Betrieb genommen ● einfachste Systemsteuerung:

stopp, wenn Leitspur unterbrochen oder bei zusätzlichen Bodenmarkierungen Induktive Energieübertragung ● keine (oder nur kleine) Batte(doppeltes Stromkabel im Boden rie erforderlich für die Energieübertragung, aber ● gut geeignet für einfache Liauch für die Navigation) niensysteme (FTF als Montagefahrzeug)

● keine Leitsteuerung ● schwer erweiterbar ● unflexibel ● störanfällig wg. Beschädi-

gungen des Farbstriches oder des Metallbandes

● aufwendige Installation ● keine komplexen Layouts

möglich

Magnetnavigation in Punktfolge: ● einfache Bodeninstallationen ● Fahrkurs-Änderungen nur mit Leitdraht wird durch Dauergegenüber Leitdraht Änderungen der Bodeninstalmagnete in Punktfolge nachgelationen möglich ● begrenzt flexibel: seitliche bildet Abweichung von der Fahrspur ● Einschränkungen bzgl. Bodenfreiheit und Bodenzustand bis ca. ± 30 cm (je nach verwendeter Magnetsensorleiste)


87

zu Tabelle 3-1 Verfahren Raster (optisch oder magnetisch)

Vorteile ● freie Navigation ● flexibel innerhalb des Raster-

bereiches ● Layout rein software-

mäßig anpassbar

Nachteile ● Boden muss vorbereitet wer-

den, z. B. Verlegung der Magnete ● Einschränkungen bzgl. Bo-

denfreiheit und Bodenzustand ● Rasterverlegung bedeutet

hohen Aufwand Transponder anstatt Magnete

● Außeneinsatz möglich

ohne Einschränkungen bzgl. Bodenfreiheit

● teurer als Magnete ● aufwendige Installation

● geeignet für große,

schwere Fahrzeuge ● absolute Sicherheit, weil ab-

solut kodiert Klassische Lasernavigation (mit künstlichen Marken)

● keine Bodeninstallationen ● freie Navigation ● einfache Layouts werden

schnell angelernt ● flexibel innerhalb der mit

Reflektoren ausgestatteten Bereiche ● durch geschicktes Positio-

nieren der Reflektoren hohe Genauigkeiten möglich ● kleine Layoutänderungen

können vom Betreiber durchgeführt werden

● Reflektoren an den Wänden,

Säulen, Maschinen erforderlich ● Laserkopf muss oberhalb der

Last und den Mitarbeitern freie Rundumsicht haben ● wegen des hohen Mastes für

den Laserkopf ist ein ebener Boden erforderlich ● Reflektoren müssen ortsfest

angebracht werden und können verschmutzen oder verdeckt werden ● Lichteinflüsse können System

stören ● Außeneinsatz nur sehr bedingt

machbar Lasernavigation ohne künstliche Marken als Gebäudenavigation oder

● keine Reflektoren oder andere

● erhöhter Software-Aufwand

künstliche Marken erforderlich

● Gebäudenavigation anfällig

● Systeme der Gebäudenavi-

gation verwenden den vorhandenen PersonenschutzLaserscanner gleichzeitig für die Navigation ● Systeme der Deckennavi-

Deckennavigation

gation orientieren sich an der unveränderbaren Decke

für Veränderungen im Fahrkurs, nur geeignet für einfache Szenarien ohne viel Verkehr ● Deckennavigation erfordert

zusätzliche aufwendige (bewegte) Sensorik

88

3 Stand der Technik

zu Tabelle 3-1 Verfahren

Vorteile

Freiflug, bzw. Koppelnavigation ● keine ortsfesten Installationen ohne Peilung, aber ggf. mit Kreinotwendig sel

Nachteile ● unsicher, weil

Freiflug = Blindflug ● Fahrgenauigkeit schlecht ● nur für kurze Strecken mach-

bar Satellitennavigation (GPS) besser: dGPS (differential GPS) noch besser: realtime kinematik dGPS

● frei von ortsfesten Installa-

tionen ● flexibel

● nur im Außenbereich ein-

setzbar ● nach oben muss ein freier

Öffnungswinkel von 15° vorhanden sein ● hohe Fahr- und Positio-

niergenauigkeit sind nur mit großem technischen Aufwand realisierbar

3.1.2 Die Sicherheit Die europäische Gesetzeslage gemeint ist die Gesetzeslage in der Europäischen Union ist die strengste der Welt. Der Gesetzgeber, die normgebenden Institute, der VDI und die Berufsgenossenschaften sorgen sich mit ihren technischen Regelwerken darum, das Gefährdungspotenzial für die Mitarbeiter durch Fahrerlose Transportsysteme zu minimieren. Das gelingt so gut, dass es nahezu keine meldepflichtigen Unfälle, verursacht durch FTS, gibt. Man mag der Meinung sein, dass in Europa sogar über das Ziel hinaus geschossen wird, was dazu führt, dass die EU-Produkte für den Weltmarkt zu teuer sind. Aber diese hohen Anforderungen werden von den heimischen Herstellern nicht nur bei den Sicherheitssystemen umgesetzt, sondern übertragen sich auch auf die Gesamt-Qualität ihrer Produkte. Außerdem ist diese Situation sicher mitverantwortlich dafür, dass Anbieter aus Asien und Amerika sich bisher schwer getan haben, auf dem Markt der EU Fuß zu fassen. Also haben unsere hohen Sicherheitsanforderungen Vor- und Nachteile. Wir wollen das Thema auf vier Unterkapitel aufteilen. Zunächst wollen wir Verständnis für die Gesetzeslage wecken, dann die Pflichten für den Hersteller und den Betreiber hervorheben, um anschließend die eingesetzte Sicherheitstechnik näher zu beleuchten.

3.1.2.1

Gesetzgebung

Wichtig ist vielleicht gleich zu Beginn dieses Kapitels ein rechtlicher Hinweis: Aus den folgenden Ausführungen lassen sich keinerlei Ansprüche ableiten erstens, weil die Gesetzeslage ständigen Änderungen unterliegt und zweitens, weil jedes FTS eine spezifische Lösung erfordert. Wir verweisen auf den Leitfaden FTS-Sicherheit4, der vom Fachausschuss FTS der VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik herausgegeben und auf dem neuesten Stand ge4

Dieser Leitfaden ist kostenlos erhältlich auf den Internet-Seiten des VDI (www.vdi.de/fts) und des Forum-FTS (www.forum-fts.com).


89

halten wird. Außerdem sei der Hinweis auf eine VDI-Richtlinie zur FTS-Systemsicherheit erlaubt, die für das Jahr 2011 angekündigt ist. Die Tabelle 3-2 listet sämtliche (FTS-relevanten) Gesetze und Vorschriften auf. Anschließend folgen in Tabelle 3-3 die Normen und in Tabelle 3-4 dann die Richtlinien. Tabelle 3-2 Die FTS-relevanten Gesetze und Vorschriften GPSG

Geräte- und Produktsicherheitsgesetz Gesetz über technische Arbeitsmittel und Verbraucherprodukte

9. GPSGV

Neunte Verordnung zum Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (Maschinenverordnung)

BGV D 27

Unfallverhütungsvorschrift Flurförderzeuge

ArbSchG

Arbeitsschutzgesetz Gesetz über die Durchführung von Maßnahmen des Arbeitsschutzes zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Beschäftigten bei der Arbeit

BetrSichV

Betriebssicherheitsverordnung Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Bereitstellung von Arbeitsmitteln und deren Benutzung bei der Arbeit, über Sicherheit beim Betrieb überwachungsbedürftiger Anlagen und über die Organisation des betrieblichen Arbeitsschutzes

Tabelle 3-3 Die FTS-relevanten Normen

5

DIN EN 15255

Sicherheit von Flurförderzeugen, fahrerlose Flurförderzeuge und ihre Systeme

DIN EN ISO 3691-4

Flurförderzeuge Sicherheitstechnische Anforderungen und Verifizierung Teil 4: Fahrerlose Flurförderzeuge und ihre Systeme

DIN EN 954-1

Sicherheit von Maschinen, Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen

DIN EN ISO 14121

Sicherheit von Maschinen, Leitsätze zur Risikobeurteilung (ehem. 1050)

DIN EN 1175-1

Sicherheit von Flurförderzeugen, elektrische Anforderungen

DIN EN 1175-2

Sicherheit von Flurförderzeugen, Elektrische Anforderungen Teil 2: Allgemeine Anforderungen für Flurförderzeuge mit Verbrennungsmotoren

DIN EN 1175-3

Sicherheit von Flurförderzeugen, Elektrische Anforderungen Teil 3: Besondere Anforderungen für elektrische Kraftübertragungssysteme von Flurförderzeugen mit Verbrennungsmotoren

Die Europäische Norm für FTS (EN 1525) wurde nicht zur neuen Maschinenrichtlinie harmonisiert. An ihrer Stelle soll zukünftig die EN ISO 3691-4 herangezogen werden. Bis zum Erscheinen dieser Norm und der Veröffentlichung ihrer Fundstelle im Amtsblatt der EU empfehlen wir, wie bisher die EN 1525 anzuwenden.

90

3 Stand der Technik

zu Tabelle 3-3 DIN EN ISO 12100-1

Sicherheit von Maschinen, Grundbegriffe allgemeine Gestaltungsleitsätze, Teil 1: Grundsätzliche Terminologie, Methodologie

DIN EN ISO 12100-2

Sicherheit von Maschinen, Grundbegriffe allgemeine Gestaltungsleitsätze, Teil 2: Technische Leitsätze

DIN EN ISO 13849-1

Sicherheit von Maschinen, Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen, Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze

DIN EN ISO 13849-2

Sicherheit von Maschinen, Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen, Teil 2: Validierung

DIN EN 1755

Sicherheit von Flurförderzeugen, Einsatz in EX-Bereichen

DIN EN 982

Sicherheit von Maschinen Sicherheitstechnische Anforderungen an fluidtechnische Anlagen und deren Bauteile Hydraulik

DIN EN 983

Sicherheit von Maschinen Sicherheitstechnische Anforderungen an fluidtechnische Anlagen und deren Bauteile Pneumatik

Tabelle 3-4 Die FTS-relevanten Richtlinien 2006/42/EG

Neue Maschinenrichtlinie Seit dem 29.12.2009 ist die Anwendung der Neuen Maschinenrichtlinie Gesetz; sie löst zu diesem Zeitpunkt die Maschinenrichtlinie 98/37/EG ab

2004/108/EG

EMV-Richtlinie / EMV Gesetz Elektromagnetische Verträglichkeit (von Elektro- und Elektronikprodukten)

VDI 2510

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) > Ausführungsrichtlinie Technik > mit allen Blättern

VDI 2710

Ganzheitliche Planung von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS); Grundlagen > Planungsrichtlinie > mit allen Blättern

VDI 4452

Abnahmeregeln für Fahrerlose Transportsysteme (FTS)

3.1.2.2

Pflichten des Herstellers/Lieferanten

Die Hersteller sind verpflichtet, ihre Fahrzeuge so zu bauen, dass die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen der Maschinenrichtlinie eingehalten werden. Sie müssen die Integration der Sicherheit bereits während des Konstruktionsprozesses berücksichtigen. Der FTS-Hersteller muss für sein Produkt eine so genannte Originalbetriebsanleitung erstellen. Mit jedem installierten System muss ggf. zusätzlich eine Betriebsanleitung in der Amtssprache des Verwendungslandes mitgeliefert werden. Der FTS-Hersteller muss eine technische Dokumentation erstellen. Diese • sollte alle Pläne, Berechnungen, Prüfprotokolle und Dokumente beinhalten, die für Einhaltung der grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen der Maschinenrichtlinie relevant sind,


91

• muss mindestens zehn Jahre nach dem letzten Tag der Herstellung des FTS aufbewahrt werden und • muss auf berechtigtes Verlangen den Behörden vorgelegt werden. Aus der Maschinenrichtlinie kann eine Verpflichtung des Herstellers, die technische Dokumentation an den Käufer (Anwender) zu liefern, nicht hergeleitet werden. Wenn der Maschinenhersteller seine Fahrzeuge entsprechend gebaut hat, muss er durch die Ausstellung einer Konformitätserklärung und die Kennzeichnung des FTF mit dem CE-Zeichen die Einhaltung dieser Vorgaben rechtsverbindlich bestätigen. Dann darf das FTF im europäischen Wirtschaftsraum in Verkehr gebracht werden. Der Hersteller ist verpflichtet, eine Risikobeurteilung durchzuführen. Dazu ist eine Gefahrenanalyse vorzunehmen, um alle mit dem System verbundenen Gefahren zu ermitteln. Zur Festlegung der erforderlichen Maßnahmen muss er die Risikoanalyse nach ISO 141216 durchführen. Die Risikoanalyse umfasst die Schritte Abgrenzung des Systems, Gefährdungsanalyse und Risikoabschätzung. Dann erfolgt die zentrale Frage, ob das System ausreichend sicher ist. Falls Ja, ist die Risikobeurteilung (positiv) beendet, falls NEIN, muss eine Risikominderung eingeleitet werden, und zwar nach der 3-Stufen-Methode: 1. Sicheres Gestalten: Beseitigung oder Minimierung der Risiken so weit wie möglich (Integration der Sicherheit in Konstruktion und Bau der Maschine). 2. Technische Schutzmaßnahmen: Ergreifen der notwendigen Schutzmaßnahmen gegen Risiken, die sich konstruktiv nicht beseitigen lassen. 3. Benutzerinformation über Restrisiken. Technische Schutzmaßnahmen werden realisiert durch Schutzeinrichtungen (Abdeckungen, Türen, Lichtvorhänge) oder Überwachungseinheiten (auf Position, Geschwindigkeit etc.), welche eine Sicherheitsfunktion ausführen. Wo die Wirkung einer Schutzmaßnahme von der korrekten Funktion einer Steuerung abhängt, spricht man von funktionaler Sicherheit. Für die Realisierung der funktionalen Sicherheit am FTF existiert die C-Norm DIN EN 1525. Diese Norm ist als eine zur Ausgabe 98/37/EC harmonisierte Norm erarbeitet worden. Sie berücksichtigt die grundsätzlichen Sicherheitsanforderungen der Maschinenrichtlinie und der EFTA7-Regeln und dient als grundlegender, einheitlicher Maßstab. Die konstruktiven und technischen Maßnahmen beschreiben wir in Kapitel 3.1.2.4. Zu den Benutzerinformationen gehören die Betriebsanleitung und ggf. darüber hinaus alle Informationen zum ordnungsgemäßen und sicheren Betrieb der Anlage (Betreiberinformationen).

3.1.2.3

Pflichten des Betreibers

In der Betriebsanleitung und den Betreiberinformationen sind die Vorgaben an den Betreiber enthalten. Diese betreffen das Umfeld des FTS und die Fahrzeuge. Die Mindestanforderungen für das Umfeld der Flurförderzeuge sind der DIN EN 1525 zu entnehmen. Insbesondere sind folgende Punkte zu beachten: Gefahrenstellen sind durch Bodenkennzeichnungen abzusichern. Die Anbringung von Bodenkennzeichnungen ist durch den Hersteller anzuweisen und durch den Betreiber auszuführen! 6

EN ISO 14121 Sicherheit von Maschinen Risikobeurteilung, März 2008

7

EFTA = Europäische Freihandelsassoziation, engl. European Free Trade Association

92

3 Stand der Technik

Das korrekte Verhalten muss durch den Hersteller in der Bedienungsanleitung beschrieben sein. Der Betreiber hat sich an diese Anweisungen bindend zu halten! In den gekennzeichneten Bereichen dürfen sich keine Personen aufhalten! Der Betreiber hat die vom Hersteller gestellten Anforderungen im Bezug auf die Freihaltung, Reinhaltung und Instandsetzung der Fahrwege zu erfüllen. Die Details der Anforderungen müssen durch den Hersteller in der Bedienungsanleitung beschrieben sein. Der Betreiber hat sich an diese Anweisungen bindend zu halten! Beim Einsatz von FTF hat der Betreiber besonderes Augenmerk auf die am Fahrzeug eingesetzten Personenerkennungssysteme sowie auf die Lastaufnahmemittel zu legen. Der Betreiber hat sicherzustellen, dass Anlagen mit FTF, nach der Montage und vor der ersten Inbetriebnahme geprüft werden. Die Prüfung hat den Zweck, sich von der ordnungsgemäßen Montage und der sicheren Funktion der Arbeitsmittel zu überzeugen. Der Betreiber hat dafür zu sorgen, dass FTF und ihre Anbaugeräte in Abständen von längstens einem Jahr geprüft werden. Diese wiederkehrenden Prüfungen müssen sich auf die Prüfung des Zustandes der Bauteile und Einrichtungen, auf Vollständigkeit und Wirksamkeit der Sicherheitseinrichtungen sowie auf Vollständigkeit des Prüfnachweises erstrecken.

3.1.2.4

Komponenten und Einrichtungen

Die sicherheitstechnischen Anforderungen an Fahrerlose Transportfahrzeuge stehen in der DIN EN 1525, ebenso die erforderlichen Steuerungskategorien nach DIN EN 954-1 (Tabelle 3-5). Tabelle 3-5 Steuerungskategorien gemäß DIN EN 954-1

Steuerungssystem

Geschwindigkeitskontrolle

Lasthandhabung Lenkung

Kategorie

Allgemein

1

Sofern die Standsicherheit beeinflusst wird

2

Sofern die Wirkung des Personenerkennungssystems beeinflusst wird

3

Allgemein

1


2

Allgemein

1


2

Batterieladesystem

1

Warnlampen

1

NOTHALT

3

Personenschutzsystem

3

Seitenschutz

2

Umgehen des Hinderniserkennungssystems

2

Anhalten des Flurförderzeuges vom Lastende

2


93

Kommen wir nun zu den wesentlichen technischen Sicherheitseinrichtungen am FTF. Diese sind: • Wie jede Maschine verfügt auch das FTF über Not-Aus Taster, die für jeden leicht erkennbar und zugänglich sein müssen. Bei Betätigung stoppt das Fahrzeug unverzüglich und bleibt solange im Stillstand, bis der Taster entriegelt wird. • Damit Personen das FTF im Betrieb hinreichend wahrnehmen können, verfügen die Fahrzeuge in der Regel über eine Kombination aus optisch (rotierende Warnlichter) und akustisch wirkenden Warneinrichtungen. So werden z. B. Fahrtrichtungsänderungen wie beim Kfz über entsprechende Blinker kommuniziert, Fahrtrichtungswechsel akustisch unterstützt. • Den sichereren Halt gewährleisten mechanische, selbsttätig wirkende Bremsen. Diese werden eigensicher ausgelegt, d. h. für die Fahrt benötigen sie Energiezufuhr, um freigegeben zu sein. Für den Halt, respektive im Notfall, sorgt der Ausfall der Energiezufuhr für sofortige Bremswirkung (umgekehrtes Prinzip zur bekannten Kfz-Bremse). Die Bremsen müssen so konstruiert sein, dass sie das FTF auch unter Maximallast sicher zum Stehen bringen können und dies auch bei maximaler Längsneigung des Fahrwegs. • Seitlich angebrachte Trittleisten und spezielle Sicherheitseinrichtungen für das Lasthandling sorgen für Sicherheit während des Betriebs. • Ganz essentiell ist das Personenschutz-System. Es muss sicher stellen, dass Personen oder Gegenstände, die sich im Fahrweg, respektive auf der Hüllkurve des FTF samt Last befinden, sicher erkannt werden. Tritt dieser Fall ein, dann muss das Fahrzeug sicher zum Stillstand kommen, bevor Personen oder Gegenstände zu Schaden kommen. Mechanische Systeme reagieren auf Berührung und sind z. B. als Kunststoffbügel oder Softschaum-Bumper ausgelegt. Berührungslos arbeitende Sensoren scannen den Gefahrraum vor dem Fahrzeug mit Laser, Radar, Infrarot oder Ultraschall bzw. einer Kombination aus mehreren Technologien. Der Personenschutz wurde in den ersten beiden FTS-Epochen mechanisch realisiert. Man setzte Metallbügel oder Drahtgeflechte wie in den Bildern 1-2 und 1-3 ein, oder dann in den 70er und 80er Jahren Kunststoffbügel (siehe Bild 3-15). Etwas fortschrittlicher sind da schon die Softschaum-Bumper (auch Bild 3-15), weil sie auch ansprechen, wenn man von oben Kraft ausübt, d. h. ein Eintreten in die Sicherheitseinrichtung ist damit ausgeschlossen.

Bild 3-15 Einrichtungen für den Personenschutz: links: Kunststoffbügel plus Laserscanner; rechts: Softschaum-Bumper plus Ultraschall-Keule (Quelle: Egemin, MLR)

94

3 Stand der Technik

Die mechanischen Bügel oder Bumper müssen gem. EN 1525 so ausgelegt sein, dass bei einem Kontakt mit maximaler Geschwindigkeit und Last die Betätigungskraft auf einen Prüfkörper 750 N nicht überschreitet. Der zylindrische Prüfkörper hat einen Durchmesser von 200 mm und eine Länge/Höhe von 600 mm, ist letztlich dem Schienbein eines ausgewachsenen Mannes (Mitarbeiter) nachgebildet. Der Reibwert zwischen den Rädern und dem Boden, die Bremsleistung und die Länge der Sicherheitseinrichtung bestimmen dann die zulässige Höchstgeschwindigkeit des FTF. Die Kunststoffbügel werden entweder durch die Seilzüge und mechanischen Zugschalter im Innern der Konstruktion betätigt oder aber durch eine Lichtschranke, die unterbrochen wird, wenn ein auf der Innenseite des Bügels aufgeklebter Reflektor durch Deformation des Bügels den Strahlgang verlässt. Softschaum-Bumper sind Stoßfänger aus einem Schaumstoffähnlichen Material, die mit Lichtleitern durchzogen sind. Die Lichtdurchlässigkeit der Lichtleiter wird bei einer Deformation so verändert, dass der Notaus-Schaltkreis unterbrochen wird. Heute findet man an den Fahrerlosen Fahrzeugen meist berührungslose Laserscanner, und hier wiederum meist Produkte der Firma Sick. Es gibt am Markt wohl noch zwei alternative Hersteller, die aber kaum Marktanteile verzeichnen können. Wichtig für die berührungslosen Geräte ist die berufsgenossenschaftliche Zulassung für den Einsatz im FTF. Die wichtigsten Vertreter dieser Gattung sind die beiden Produkte aus Bild 3-16.

Bild 3-16 Laserscanner für den Personenschutz von der Firma Sick: links: S 300 und rechts: S 3000 (Quelle: Sick)

Die Einsatzgebiete beider Geräte unterscheiden sich in den möglichen Fahrgeschwindigkeiten: Während der kleine S 300 ein Schutzfeld von zwei Metern absichern kann, gelingt dem großen S 3000 dies bis zu sieben Metern. Dafür ist der S 300 preiswerter und selbstredend kleiner. Außerdem ist die Messgenauigkeit des S 3000 besser, und er bietet zusätzliche Features, die beim Auslesen der Daten verwendet werden können.

3.2 Die FTS-Leitsteuerung

95

3.2 Die FTS-Leitsteuerung Die FTS-Leitsteuerung hat die Schlüsselaufgabe, das FTS in die Umgebung zu integrieren. Außerdem steuert es die Fahrerlosen Transportfahrzeuge, die sich im System befinden. Damit ist das FTS dann in der Lage, die ihm übertragenen Aufgaben zu erfüllen. Der VDI definiert eine FTS-Leitsteuerung wie folgt8: Eine FTS-Leitsteuerung besteht aus Hard- und Software. Kern ist ein Computerprogramm, das auf einem oder mehreren Rechnern abläuft. Sie dient der Koordination mehrerer Fahrerloser Transportfahrzeuge und/oder übernimmt die Integration des FTS in die innerbetrieblichen Abläufe. Die Leitsteuerung • integriert das FTS in seine Umgebung (Kapitel 3.2.1) • bietet seinen Bedienern vielfältige Service-Möglichkeiten und nimmt Transportaufträge entgegen (Kapitel 3.2.2) • stellt den Aufgaben entsprechende Funktionsblöcke zur Verfügung (Kapitel 3.2.3). Das FTS der dritten Epoche ist ein hierarchisches System. Das bedeutet, dass die einzelnen FTF zwar durchaus intelligent, aber nicht autark agieren. Die FTF kommunizieren nicht oder nur ganz rudimentär miteinander und fällen auch kaum eigene Entscheidungen. Die eigentliche Entscheidungsbefugnis liegt bei der übergeordneten FTS-Leitsteuerung. Damit hat sie die Gesamtverantwortung und die Regeln, die notwendig sind, um das Gesamtsystem FTS zu managen. Nun gibt es Anlagen, die über gar keine Leitsteuerung verfügen wie geht das? Zum einen sind das sicher Anlagen, die sehr einfach sind und keine komplexen Entscheidungen benötigen. Man denke sich im Extremfall ein einzelnes Zugfahrzeug, das lediglich eine vorgeschriebene Wegstrecke hin und wieder zurück fahren kann. Wenn es am Ziel angekommen ist, hält es an und wartet darauf, dass ein Mitarbeiter die Anhänger wechselt. Der drückt anschließend auf den Startknopf am FTF, das sich auf die Rückfahrt begibt. Am Ziel angekommen stoppt es und wartet wieder. Solche Anlagen haben sicher ihre Berechtigung, aber eben eine ganz eingeschränkte Funktionalität. Es gibt nicht mehrere Fahrzeuge zu koordinieren, Transportaufträge zu verwalten oder periphere Schnittstellen zu bedienen. Andererseits muss eine Leitsteuerung nicht unbedingt rein physikalisch als solche erkennbar sein. Denn es geht nicht um den Rechner/Computer, sondern um Funktionalitäten, die durchaus versteckt oder verteilt, z. B. auf den Fahrzeugrechnern ablaufen können. Dann hätten wir nach unserem Verständnis immer noch eine Leitsteuerung allerdings ist so eine Realisierung bis heute unüblich. Wie das zukünftig aussehen wird, ist schwer vorhersehbar und außerdem Thema des fünften Kapitels.

8

VDI 4451-7 Kompatibilität von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Leitsteuerung für FTS, Stand: 2005-10, VDI/Beuth-Verlag.

96

3 Stand der Technik

3.2.1 Systemarchitektur FTS Die Bilder 3-17 und 3-18 zeigen beispielhaft unterschiedlich komplex Systeme. In Bild 3-17 ist eine typische Kleinanlage dargestellt: Es gibt eine geringe Anzahl von FTF, mit denen die Leitsteuerung per WLAN in Verbindung ist. Außerdem gibt es ein LAN9, über das es eine direkte Verbindung mit einem übergeordneten Rechner gibt, von dem die Transportaufträge kommen. Über die angedeutete Telefonleitung ist eine VPN10-Verbindung zur Ferndiagnose eingerichtet.

Bild 3-17 Die Systemarchitektur eines einfachen FTS (nach: VDI 4451-7)

Bild 3-18 zeigt die High-End-Ausbaustufe eines FTS. Hier findet man ein Multiserver-System und separate Bedien- und Visualisierungsrechner (Clients). Eine sichere Datenhaltung mit einem entsprechenden RAID11-Level ist ebenso vorhanden wie eine Fernkommunikation über Internet. Unabhängige, drahtlose Kommunikationssysteme stellen nicht nur die Verbindung mit der großen Anzahl von Fahrzeugen her sondern beziehen auch Kommissioniergeräte und andere periphere Systeme und Geräte mit ein. Beispielhaft seien hier automatische Türen, Tore (evtl. Brandabschnitts-Tore) und Aufzüge genannt.

9

LAN = Local Area Network, ein Rechnernetz in einem Gebäude.

10

VPN = Virtual Private Network, eine Verbindung zweier örtlich getrennter, unabhängiger Netzwerke.

11

RAID = Redundant Array of Independent Disks, also ein logisches Laufwerk mit mehreren physikalischen Laufwerken zur Erhöhung der Datenverfügbarkeit.


97

Bild 3-18 Die Systemarchitektur eines komplexen FTS (nach: VDI 4451-7)

Die Datenübertragung zu den übergeordneten Host-Rechnern erfolgt meist über lokale, Ethernet-basierte Netzwerke mit dem Protokoll TCP/IP. Solche Host-Rechner können sein: • Materialflusssteuerungssysteme zur Produktionssteuerung (z. B. SAP) • Produktionsplanungssysteme (PPS) • Lagerverwaltungssysteme (LVS).

3.2.2 Benutzer und Auftraggeber Die FTS-Leitsteuerung kann von Menschen/Mitarbeitern beauftragt oder für Servicezwecke eingesetzt werden. Eine Beauftragung der FTS-Leitsteuerung zielt auf die zentrale Aufgabe des FTS, nämlich der Erledigung von Transportaufträgen. In diesem Sinne werden als Benutzer und Auftraggeber alle Personen und Geräte zusammengefasst, die es ermöglichen, Transportaufträge bei der FTS-Leitsteuerung zu veranlassen. Diese sind z. B.: • Anlagen-Bedienpersonal, Service- und Instandhaltungspersonal, z. B. via Terminal oder Monitor. • Service-Techniker des FTS-Herstellers, auch via Datenfernübertragung. • Betriebsdatenerfassungsgeräte, wie z. B. Belegtmelder, Meldeleuchten mit Freigabetaster oder Ruftaster. • Host-Rechnersysteme, wie z. B. Produktionsplanungssysteme, Fertigungssteuerungssysteme oder Materialflussrechner. • Automatische Übergabestationen, Bearbeitungsstationen, Lastwechsel- bzw. Übersetzvorrichtungen, fördertechnische Hub- und Senkstationen, Roboter.

98

3 Stand der Technik

Von diesen Auftraggebern erhält die FTS-Leitsteuerung ihre Transportaufträge, und zwar mit einer Kennzeichnung (ID), der Quelle, der Senke und zusätzlich eventuell mit einer Priorität und weiteren Lastbegleitdaten. Darüber hinaus gehen folgende Informationen hin und her: • Statusanfragen und Rückmeldungen • Anlagensteuerungs- bzw. Zustandsinformationen • Änderung von Transportaufträgen • Störmeldungen und Statusmeldungen bzgl. der Fahrzeuge und des Layouts. Der Mitarbeiter hat außerdem zusätzliche komfortable Möglichkeiten: So kann er die Anlage visualisieren, statistische Auswertungen und sogar Simulationen durchführen.

3.2.3 Funktionsbausteine einer FTS-Leitsteuerung Bild 3-19 zeigt die üblichen Funktionsbausteine einer FTS-Leitsteuerung.

Bild 3-19 Funktionaler Aufbau einer FTS-Leitsteuerung (Quelle: VDI 4451-7)


99

Hier verweisen wir auf die VDI-Richtlinie FTS-Leitsteuerung und beschreiben kurz, welche Aufgaben das Benutzer-Interface, die Transportauftragsabwicklung und die ServiceFunktionen übernehmen:

3.2.3.1

Benutzer-Interface

Über das Benutzer-Interface gelingt der Zugang zur FTS-Leisteuerung. Sie umfasst einerseits die Mensch-Maschine-Schnittstelle (Masken und Eingabefenster) sowie verschiedene Maschine-Maschine-Schnittstellen wie z. B. LAN- und WLAN-Protokolle.

Bild 3-20 Beispiel einer Benutzeroberfläche auf der FTS-Leitsteuerung (Quelle: MLR)

3.2.3.2

Transportauftragsabwicklung

Die interne Materialflusssteuerung ist eine Vorstufe der Transportauftragsabwicklung und wird nur dann benötigt, wenn die Transportaufträge nicht klar dezidiert übertragen, sondern aufbereitet werden müssen. Eine Anforderung wie z. B. Benötige Ware A an Maschine B erfordert eine Umsetzung in einen oder mehrere Transportaufträge nach dem klassischen Muster Hole von C und Bringe nach D. Die FTS-interne Materialflusssteuerung kombiniert also Quelle und Senke über die in ihr hinterlegten Transportbeziehungen zu einem Transportauftrag und schickt diesen zur Durchführung an die Transportauftragsverwaltung. Eine solch spezielle Erzeugung von Transportaufträgen kann erfolgen:

100

3 Stand der Technik

• Bei der Lastübernahme durch das FTF wird die Last durch einen Scanner identifiziert; für diese Last ist dann in der internen Materialflusssteuerung ein Ziel, also eine Senke hinterlegt. • Werker geben an einem BDE-Terminal eine Materialanforderung ein. Die interne Materialflusssteuerung weiß, wo dieses Material zu holen ist und generiert einen Transportauftrag. • Lastübergabeplätze können mit Belegtsensoren ausgestattet sein, über die Bedarfe erkannt werden können. Das Hintergrundwissen dazu befindet sich in der internen Materialflusssteuerung, die so Transportaufträge generieren kann. Die wesentlichen Funktionen der Transportauftragsabwicklung sind: 1. Transportauftragsverwaltung 2. Fahrzeugdisposition 3. Fahrauftragsabwicklung. Am Ende dieser Kette stehen die Fahraufträge, die an die FTF übermittelt und von diesen durchgeführt und zurück gemeldet werden. In diesen drei Teilfunktionen steckt letztlich die operative Anlagenintelligenz, die über die Effizienz und damit auch über die Wirtschaftlichkeit der Anlage entscheidet. Die Leitsteuerung muss den Spagat schaffen zwischen der schnellsten Auftragserledigung und der niedrigsten erforderlichen Fahrzeuganzahl. Transportauftragsverwaltung Die Transportauftragsverwaltung erhält die Transportaufträge in der Regel in der Reihenfolge ihrer Entstehung. In Ausnahmefällen werden die Transportaufträge auch blockweise mit einer zeitlichen Einplanung, z. B. von einem übergeordneten Produktionsplanungssystem, erteilt. Die Transportaufträge werden entsprechend ihrer Priorität bzw. ihrer zeitlichen Einplanung eingestuft und ständig auf ihre Ausführbarkeit getestet. Diese ist i. d. R. gegeben, wenn an der Quelle Material bereitsteht und die Senke aufnahmebereit ist, sie kann jedoch auch anderen Kriterien unterliegen. Ist die Ausführbarkeit des Transportauftrags gegeben, wird er für die Fahrzeugdisposition freigegeben. Übergeordneten Systemen werden bei Bedarf Statusinformationen zu den Transportaufträgen übermittelt. Fahrzeugdisposition Die Fahrzeugdisposition ermittelt für die von der Transportauftragsverwaltung freigegebenen Transportaufträge das jeweils günstigste FTF. Entsprechend dieser Entscheidung wird ein Fahrauftrag an die Fahrauftragsabwicklung übergeben. Bei der Ermittlung des günstigsten FTF können unterschiedlichste Strategien zum Einsatz kommen. Im einfachsten Fall wird ein beliebiges freies FTF beauftragt. In komplexeren FTS können jedoch z. B. auch folgende Kriterien berücksichtigt werden:


101

• Der kürzeste (weg- oder zeit-optimiert) Anfahrtsweg zur Quelle • Vermeidung von möglichen Blockungen auf den Fahrstrecken • Die Aufnahmemöglichkeit mehrerer Lasten an unterschiedlichen Orten • Prognosen des Systemzustands in naher Zukunft. Weitere wesentliche Funktionen der Fahrzeugdisposition sind das Handling von Leerfahrzeugen und die Batterieladestrategien. Beim Handling von Leerfahrzeugen wird für Fahrzeuge, die einen Auftrag bearbeitet haben und in absehbarer Zeit keinen neuen Auftrag erhalten, ein Transportauftrag zu einer Warte- oder einer Batterieladestation generiert. Die Batterieladestrategie ist im Wesentlichen abhängig von der Art der Batterie, dem Layout und der Art des Batterieladens. Beispiele für Batterieladestrategien sind: • Nach Schichtende werden für alle Fahrzeuge Transportaufträge zu Batterielade- oder Batteriewechselstationen generiert. • Der Ladezustand der Fahrzeuge wird laufend überwacht. Bei Bedarf werden Transportaufträge zu Batterielade- oder Batteriewechselstationen generiert. Fahrauftragsabwicklung Die Fahrauftragsabwicklung generiert aus den Transportaufträgen Sequenzen von Fahr- und Aktionsaufträgen. Fahraufträge sind mit einem dem FTF bekannten Ziel verbunden (Aktionsaufträge können z. B. sein: Lastaufnahme, Lastabgabe, Batterieladen). Die Fahrauftragsabwicklung übernimmt die Verkehrsleitsteuerung. Sie sorgt insbesondere an Kreuzungen und Ballungsknoten für eine störungsfreie Fahrt der FTF und verhindert Kollisionen und Blockungen. Die Verkehrsleitsteuerung basiert i. d. R., in Anlehnung an die klassischen Verfahren im Eisenbahnverkehr, auf einer Einteilung des Fahrkurses in Blockungsbereiche (auch Blockstrecken genannt). Einem Verkehrsteilnehmer ist es im Allgemeinen nur dann erlaubt in einen Blockungsbereich einzufahren, wenn dieser frei von jedem anderen Verkehrsteilnehmer ist. Nach Anforderung und Zuteilung eines Blockungsbereiches, wird dieser für alle anderen Verkehrsteilnehmer gesperrt. Außerdem werden eventuell vorhandene Türen, Tore und Schranken gesteuert.

3.2.3.3

Service-Funktionen

Moderne FTS-Leitsteuerungen verfügen über umfangreiche Service-Funktionen. Diese lassen sich wie folgt einteilen: • Die Applikations-Modellierung, z. B. zur bedienerfreundlichen Veränderung des Layouts oder zur Aktivierung bzw. Deaktivierung einzelner FTF • Die Prozessabbildverwaltung (oft auch als Anlagenvisualisierung bezeichnet) zur Information des Anwenders über Fahraufträge, Fahrzeugzustände und -positionen • Die Statistik, um leicht an aussagekräftige Daten zu gelangen bezüglich der Auslastung der Anlage, Hauptquellen und -senken, Störungen • Die Diagnose zur effizienten Fehlererkennung sowie Hilfefunktionen zur Unterstützung des Bedieners • Die Simulation bzw. Emulation, z. B. zur Analyse des Systemverhaltens.

102

3 Stand der Technik

Applikations-Modellierung Die Applikationsmodellierung schafft die Datenbasis für die Programmierung des Gesamtsystems. Für die Inbetriebnahme eines FTS muss vorrangig das Layout, in dem sich die FTF bewegen sollen, modelliert werden. Dies umfasst u. a. die Fahrwege mit Fahrtrichtungsangaben, Blockungsbereichen, Lastübergabepunkten, Haltepunkten, Ladestationen etc. Abhängig von den Spurführungsverfahren der Fahrzeuge sind ggf. weitere Merkmale der Anlage, wie z. B. die Lage von Referenzmarken, zu modellieren. Neben der Layout-Modellierung werden hier jedoch auch andere wichtige Informationen modelliert. Dazu gehören: • Fahrzeugmodelle: beschreiben die Kinematik des/der Fahrzeuge, Anbringung von Sensoren, technische Ausstattung sowie logische Verhaltensmuster (z. B. Verhalten im Fehleroder Brandschutzfall). • Peripheriemodelle: geometrische Beschreibung ihrer Form und ihrer Lage im Raum sowie ggf. logische Verhaltensmuster. Hier sind insbesondere Lastübergabestationen zu nennen; es sind jedoch auch alle anderen peripheren Einrichtungen enthalten, wie z. B. Aufzüge oder Ampeln. • Simulationsmodelle: Informationen zur applikationsspezifischen Konfiguration der Simulations- und ggf. der Visualisierungsmodule. Die ersten Informationen fließen bereits in sehr frühen Projektphasen in die Applikationsmodellierung ein und werden kontinuierlich angepasst und ergänzt. Mehr und mehr werden diese Modellinformationen in relationalen Datenbanksystemen abgelegt, die dann auf dem Leitrechner eine konsistente Datenhaltung unterstützen. Die Hüllkurvensimulation dient der graphischen Überprüfung des Layouts auf Kollisionsfreiheit mittels zugrundegelegten Fahrzeugmodellen. Standard einer FTS-Planung ist die Durchführung von Hüllkurvensimulationen, die sicherstellt, dass sich Fahrzeuge auf ihrem Kurs kollisionsfrei bewegen können. Unter Zugrundelegung des CAD-Layouts der Einsatzumgebung, kann die Kollisionsfreiheit des gesamten Fahrkurses überprüft werden. Prozessabbildverwaltung Die Prozessabbildverwaltung stellt den zeitlichen Verlauf des Systemstatus fest, protokolliert und informiert darüber. Sie kontrolliert und koordiniert die Betriebsarten, aber auch alle Systemfehler und -störungen. Sie unterstützt bei der Fehlerbehebung, ob nun vor Ort oder über die Ferndiagnose. In manchen Anlagen ist zur Darstellung von Pufferplätzen eine Platzverwaltung notwendig. Sie stellt eine in die FTS-Leitsteuerung integrierte, sehr einfache Lagerverwaltung im Sinne einer Platzverwaltung dar. Sie umfasst somit insbesondere die Funktionen der Pufferbereichsbzw. Pufferplatzverwaltung. An dieser Stelle ist im Bedarfsfall auch die Anbindung an ein externes Lagerverwaltungssystem möglich. Statistik Statistikfunktionen unterstützen bei der Analyse und Optimierung des Materialflussgeschehens und dienen zur Beurteilung der Systemauslastung. Die Statistik bietet für den Anwender oftmals wertvolle Informationen und ist wichtig zur effizienten Führung der Anlage. Meist wird im FTS eine kleine Anzahl immer gleich strukturierter Basisstatistiken erzeugt, während andere Daten zur weiteren Auswertung über externe Statistikprogramme an andere


103

Computersysteme weitergegeben werden. Eine Bereitstellung der Daten erfolgt dann meist auf kundeneigenen Statistikservern (dies kann auch ein einfacher Arbeitsplatzrechner sein), so dass der Kunde selbst, unabhängig vom FTS und vom FTS-Hersteller, seine Auswertungen fahren kann. Typische Basisstatistiken sind: Fehlerstatistik, Auftragsstatistik, Durchsatz, System-/Fahrzeugauslastung, Stillstandszeiten, Transportstreckenauslastung, Pufferauslastung, Auftragsdurchlaufzeit, Verfügbarkeit und Energiebilanz. Über FTF-Fehler-Statistiken können auch Diagnose-Informationen abgeleitet werden. D. h., tritt z. B. ein Sensorfehler bei einem FTF wesentlich häufiger auf als bei den anderen FTF, deutet dies auf einen defekten oder nicht korrekt eingestellten Sensor hin. Diagnose Zur sicheren und schnellen Erkennung von Problemen und deren Behebung leisten Diagnosesysteme inzwischen unverzichtbare Dienste. Die Ferndiagnose bietet, insbesondere bei Fahrerlosen Transportsystemen, eine Möglichkeit, komplexe Systeme von Experten aus der Ferne zu warten. Die Systemdiagnose ist eine geführte Diagnose, die den Bediener im Dialog durch den Diagnoseablauf führt. Alle durchzuführenden Diagnosen werden vom Bediener definiert, konfiguriert und aktiviert. Darauf aufbauend führen Automatismen die gewünschten Prüfungen am Fahrzeug bzw. der Anlage durch und erstellen Auswertungen der Prüfergebnisse. Der Bediener ist in der Lage den Diagnoseablauf zu beeinflussen, zu aktivieren oder zu deaktivieren. Die Diagnosefunktionen basieren, vor allem bei mehr standardisierten FTS-Leitsteuerungen, auf Fehlersuchbäumen. Im Vergleich zur Systemdiagnose beinhaltet die Selbstdiagnose vollautomatische Verfahrensweisen, die zyklisch, auf Anweisung oder permanent das System auf Fehler und Inkonsistenzen überprüfen. Die Resultate werden in geeigneter Form gespeichert und an den Bediener weitergegeben. Bei schwerwiegenden Fehlern löst die Selbstdiagnose entweder entsprechende Verfahren aus, die eine automatische Korrektur des Problems durchführen oder den Benutzer zu einer Reaktion auffordern. Zumindest werden die Sicherheitsfunktionen aktiviert, die das Gesamtsystem bzw. die betroffenen Komponenten in einen sicheren Zustand überführen. Hilfefunktionen Jederzeit die richtige Information am richtigen Ort dieser Leitspruch gilt für das Dokumenten- und Informationsmanagement. Prozess-, system- und plattformübergreifend sind hier jederzeit alle notwendigen Informationen für den jeweiligen Benutzer in multimedialer Form abrufbar. Vor allem das Internet und HTML haben maßgeblich zu dieser Entwicklung beigetragen. Folgende Dokumentenbereiche können unterschieden werden: • Anwenderdokumentation: Sie enthält Maskenbeschreibungen, Bedienungshinweise und eine funktionale Beschreibung. • Systemdokumentation: Sie enthält Informationen über die Systeminstallation und den Betrieb. Sie ist für den Systemadministrator von Wichtigkeit. • Programmdokumentation: Sie ist nicht für den Kunden erhältlich; hier sind alle Programme entsprechend dem jeweiligen Dokumentationsstandard beschrieben.

104

3 Stand der Technik

• Installationsdokumente: Sie sind individuell für jede Anlageninstallation vorhanden und beschreiben die Spezifika der Anlage. • Service und Wartungsdokumente: Durch die Servicetechniker erfaßte Informationen über Fehler, Reparaturen und durchgeführte Wartungen. Simulation/Emulation12 Die Simulation hat eine Reihe unterschiedlicher Aufgaben. Relevant für FTS-Anwendungen sind hauptsächlich drei verschiedene Simulationsarten. Die funktionale Systemsimulation simuliert den Einfluss von Veränderungen im FTS. Durch eine enge Kopplung an die Leitfunktionen können Abschätzungen über das Systemverhalten mit einer großen Umsetzungssicherheit durchgeführt werden. Selten sind hier jedoch Realzeitsimulationen oder Simulationen in individuell definierbaren Zeittakten verfügbar. Die Basis für die Systemsimulationsdurchführung bildet die Leitsteuerung selbst; dieses Vorgehen wird auch Emulation genannt. Materialflusssimulationen werden mittels komplexer und abstrakter Programmpakete durchgeführt, bei denen der Schwerpunkt auf der eigentlichen Logistikaufgabe liegt. Das einzelne Transportsystem in diesem Fall FTS ist hier nur ein Mittel zum Zweck. Bei kommerziellen Simulationssystemen kann jede Art von Simulation durchgeführt werden, die Software ist unabhängig vom jeweiligen Transportmittel und der Transportaufgabe. Abläufe im Zeitraffermodus sind hier Standard, damit auch langfristige Abschätzungen durchgeführt werden können. Eine besondere und bislang seltene Art der Simulation ist die Simulation zur Projektplanungsunterstützung. Sie bietet Funktionen zur groben Auslegung und Bestimmung des Funktionsumfanges eines FTS sowie zur Ermittlung der prinzipiellen Systemabläufe. Diese Simulationskomponente soll den technischen Vertrieb während der Angebotsphase unterstützen, sie kann jedoch auch bereits für die Generierung einiger Verhaltensregeln und Systemdefinitionen eingesetzt werden. Diese Informationen können dann für eine erste vollständige Simulation der Anlage genutzt werden.

3.3 Das Fahrerlose Transportfahrzeug (FTF) So vielfältig, wie Fahrerlose Transportfahrzeuge einsetzbar sind, so vielfältig sind auch die Ausführungsformen. Die Spannweite bezüglich einzelner Kriterien ist enorm; das betrifft zum Beispiel: • Die Größe der Fahrzeuge • Die Anzahl der Fahrzeuge in einer Anlage • Die Komplexität des Systems hinsichtlich der Funktionen, der Steuerung, der verschiedenen Navigationsmöglichkeiten, des Lasthandlings • Die unterschiedlichen, z. T. extremen Einsatzbedingungen • Die verschiedenen Branchen. 12

Der VDI-Fachausschuss FTS kündigt für 2011 eine Richtlinie zum Thema Einsatzgebiete der Simulation für Fahrerlose Transportsysteme (FTS) an.

3.3 Das Fahrerlose Transportfahrzeug (FTF)

105

Nun wollen wir vor dieser Vielfalt nicht kapitulieren, sondern wagen im ersten Unterkapitel eine Kategorisierung. Danach werden wir einige Belange zu den FTS-spezifischen Fahrzeugkomponenten beleuchten, als da die FTF-Steuerung, also die Fahrzeugsteuerung, die mechanischen Komponenten und die Energieversorgung der Fahrzeuge wären. Die beiden KernFunktionalitäten Navigation und Sicherheit haben wir ja bereits weiter vorne beschrieben.

3.3.1 FTF-Kategorien Für eine Kategorisierung bietet sich die Last an, die transportiert werden soll. Beschränken wir uns auf die Intralogistik, dann steht zunächst sicher die Palette (als Europalette oder Sonderformen) im Vordergrund. Aber auch Anhänger, Rollcontainer oder Rollen (Papier oder Metall) wollen regelmäßig bewegt werden. Die folgende Tabelle kategorisiert die Welt der FTF.

Tabelle 3-6 Kategorien Fahrerloser Transportfahrzeuge

13

Pos

Benennung

Last

Beschreibung

1

Gabelhub-FTF eigens konstruiert

Palette

Bodenebene Lastaufnahme, unterschiedliche Höhen, Standard- oder Sonderpaletten oder andere gabelfähige Behältnisse, stapelfähig, typisches Lastgewicht: 1.000 kg. Vom FTS-Hersteller konzipiert, konstruiert und hergestellt.

2

Gabelhub-FTF als automatisiertes Seriengerät

Palette

wie 1, aber: Der FTS-Hersteller setzt ein Seriengerät eines Gabelstapler-Herstellers ein und automatisiert dies mit der notwendigen FTF-Technik.

3

Huckepack-FTF

Palette

Meist Beschränkung auf eine Übergabehöhe (z. B. 1 m), seitliche Lastaufnahme durch Rollenbahn oder Kettenförderer, typisches Lastgewicht: 1 t.

4

Schlepper

Anhänger

engl. Tugger. Zieht mehrere Anhänger, typisches Gesamtgewicht der Anhänger: 5 t.

5

Unterfahr-FTF

Rollcontainer

Das Standard-FTF u. a. in der Krankenhaus-Logistik. Es unterfährt den Rollcontainer, hebt ihn zum Transport an. Typisches Lastgewicht: 500 kg.

6

Montage-FTF

Montageobjekt

Einsatz in der Serienmontage. Auf einem Unterbau sitzt die Aufnahme für das Montageobjekt. Typisches Lastgewicht: bis zu 1 t.

7

Schwerlast-FTF

Rollen, Coils (Papier oder Metall)

Transport schwerer Papierrollen oder Stahlcoils bis 35 t.

8

Mini-FTF

KLT13

Einsatz in größeren Flotten, z. B. zur Kommissionierung.

KLT = Kleinladungsträger, unterschiedlichste Behältnisse für Kleinteile

106

3 Stand der Technik

zu Tabelle 3-6 Pos

Benennung

Last

Beschreibung

9

PeopleMover

Personen

Zur Beförderung von Fahrgästen, ähnlich kleiner oder großer Busse.

10

Diesel-FTF

diverse

Outdoor-Fahrzeuge, meist Diesel-elektrisch oder Dieselhydraulischer Antrieb. Typische Lastgewichte ≥ 3 t. Beispiele: Diesel-Stapler, LKW, Radlader, Hafen-FTF für Seecontainer.

11

Sonder-FTF

diverse

Sonderlösungen für Sonderaufgaben. Alle FTF, die nicht in eine der obigen zehn Kategorien passen.

Die ersten sieben Kategorien sind uneingeschränkt in der heutigen Welt der FTF üblich. Die verbleibenden vier Kategorien sind nicht ganz so selbstverständlich, und auch nicht ganz so selbsterklärend. Wir möchten an dieser Stelle darauf hinweisen, dass wir die gesamte Thematik Service-Robotik ausklammern werden. Die Service-Robotik wird einen zunehmenden Stellenwert bekommen so viel ist sicher, aber • bisher und wir betrachten die dritte FTS-Epoche ist die Bedeutung der Service-Robotik für die FTS-Welt vehement hinter den Erwartungen der achtziger Jahre zurück geblieben, und • wir beschreiben hier den Einsatz des FTS in der Intralogistik, wo die allermeisten ServiceRobotik-Anwendungen nicht hingehören.

3.3.1.1

Das Gabelhub-FTF eigens konstruiert

Bild 3-21 FTF-Kat. 1: Das Gabelhub-FTF eigens konstruiert (Quelle: links: MLR und rechts: Rocla)


107

Das Einsatzspektrum dieser Fahrzeuge ist groß. Im Mittelpunkt steht die Palette bzw. der gabelfähige Behälter. Die logistischen Aufgaben können sehr einfach (einfache Transporte zwischen zwei Orten ohne viele Verzweigungen) aber auch komplex (Taxibetrieb) sein. Die Fahrzeuge können als unabhängige Fahrzeuge (stand-alone) eingesetzt werden oder, geführt von einer FTS-Leitsteuerung, im Verbund mit (vielen) anderen FTF arbeiten.

3.3.1.2

Das Gabelhub-FTF als automatisiertes Seriengerät

Grundsätzlich ähnelt sich das Einsatzspektrum dieser Fahrzeuge denen der Kat. 1. Wesentlich ist der Einsatz von Serienfahrzeugen aus den Standardbaureihen der GabelstaplerHersteller, die mit möglichst wenigen Eingriffen automatisiert werden. Das im Bild 3-22 dargestellte FTF ist auch nach der Automatisierung noch manuell zu bedienen darin liegt sein besonderer Vorteil. Es gibt Deichsel- und Sitz-Fahrzeuge.

Bild 3-22 FTF-Kat. 2: Das Gabelhub-FTF, Basis: Seriengerät (Quelle: links: E&K, rechts: dpm)

Das Seriengerät wird um die Sicherheitseinrichtungen, die Steuerung und die Navigationskomponenten ergänzt. Für die Koppelnavigation müssen die Antriebe mit Drehwinkelgebern ausgestattet werden. Dazu muss die Antriebswelle des Motors nach außen geführt sein, so dass ein Encoder (Drehwinkelgeber) angehängt werden kann. Außerdem muss der erforderliche Einbauplatz vorhanden sein. So gibt es Baureihen, die sich leichter automatisieren lassen als andere. Dabei ist zu beobachten, dass in modernen Seriengeräten vermehrt elektronische Baugruppen zur Ansteuerung von Sensoren und Aktoren verbaut werden, so dass sie für eine Automatisierung prädestiniert sind. In der FTS-Welt gibt es zwei unterschiedliche Läger: die einen präferieren eigens konstruierte Fahrzeuge, die anderen sehen die Vorteile bei den automatisierten Seriengeräten. Als Vorteile der eigens konstruierten FTF (Kat. 1) gelten:

108

3 Stand der Technik

• Optimale Integration der zusätzlich notwendigen Komponenten (Platzproblematik) • Auslegung auf einen Dauereinsatz und eine verlängerte Lebensdauer • Berücksichtigung eines automatisierungsgerechten Energiekonzeptes (automatischer Batteriewechsel oder -ladung). Als Vorteile der automatisierten Seriengeräte werden genannt: • Kostenvorteile aufgrund der Serienfertigung • Bewährter Service und Ersatzteilhaltung. Seriöse FTS-Hersteller werden bei der Automatisierung von Seriengeräten immer prüfen, ob nicht weitere Komponenten für den jahrelangen Dauereinsatz im FTF getauscht werden müssen (dazu gehören z. B. Räder und elektrische Komponenten).

3.3.1.3

Das Huckepack-FTF

Diese Fahrzeuge kümmern sich auch um die klassischen Ladehilfsmittel, wie die Palette, die Behälter oder Gitterboxen. Im Gegensatz zu den beiden vorgenannten Kategorien können die Huckepack-FTF das Ladehilfsmittel nicht vom Boden aufnehmen, sondern benötigen eine bestimmte Höhe von meist mehr als 60 cm, die dann in der gesamten Anlage als StandardÜbergabehöhe eingehalten werden muss von aufwendigen mobilen oder stationären Einrichtungen, die Übergabehöhe anzupassen, sei hier einmal abgesehen.

Bild 3-23 FTF-Kat. 3: Das Huckepack-FTF (Quelle: FROG)

Der große Vorteil dieser Fahrzeuge liegt beim Lasthandling: die seitliche Lastaufnahme ermöglichst es, ohne zu Rangieren wie es die Gabelhub-Fahrzeuge müssen direkt an die stationäre Lastübergabestelle heranzufahren und mit der hohen Geschwindigkeit des Förderers (Rollenbahn, Kettenförderer o. Ä.) die Palette zu übernehmen. Dies geschieht schnell und mit weniger Platzbedarf.


3.3.1.4

109

Der Schlepper

Im zweiten Kapitel haben wir uns mit der Serienmontage beschäftigt und dort auch die Möglichkeiten von Schleppern bei der Kommissionierung bzw. beim Transport besprochen.

Bild 3-24 FTF-Kat. 4: Der Schlepper (Quelle: dpm)

Genau genommen sind hier auch die eigens konstruierten FTF und die automatisierten Seriengeräte zu unterscheiden. Da die stückzahlbezogene Bedeutung der Anhänger-Schlepper aber wesentlich niedriger ist als die der Gabelhub-FTF, verzichten wir auf separate Kategorien.

3.3.1.5

Das Unterfahr-FTF

Bild 3-25 FTF-Kat. 5: Das Unterfahr-FTF (Quelle: Telelift)

110

3 Stand der Technik

Der Kliniklogistik haben wir weiter vorne ein eigenes Unterkapitel gewidmet, so dass wir diesen Fahrzeugtyp hier nicht weiter erklären müssen. Wichtig ist zu bemerken, dass es neben dem Einsatz im Klinikum auch Einsatzmöglichkeiten im industriellen Umfeld gibt; auch dazu finden wir weiter vorne ein Beispiel aus der Automobilindustrie (BMW in Leipzig, Kap. 2.2.1.2).

3.3.1.6

Das Montage-FTF

Bild 3-26 FTF-Kat. 6: Das Montage-FTF (Quelle: Bleichert)

Die Fahrzeuge, die in Montagelinien eingesetzt werden, unterscheiden sich erheblich. Hier bestimmt das Montageobjekt und die Montageschritte wesentlich das Fahrzeug, zunächst das Montageobjekt mit seiner Größe und seinem Gewicht. Aber auch die Montagschritte spielen für die Konzeption des FTF eine Rolle: Sind reine manuelle Montageschritte vorgesehen, oder gibt es auch automatische Stationen dadurch ergeben sich z. B. Unterschiede an die Positioniergenauigkeit. Und: Wie groß sind die Kräfte, die bei der Montagetätigkeit auf das Objekt und damit das FTF wirken dadurch ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die Kippsicherheit. Meist sind solche Anlagen steuerungstechnisch einfacher als Taxisysteme. Die Fahrgeschwindigkeiten sind extrem niedrig und die Anforderungen an den Personenschutz häufig anders. So sind die Werker ständig in unmittelbarer Nähe der Fahrzeuge. Sie sollen ohne Einschränkungen ihrer Arbeit nachgehen können, aber trotzdem vor Verletzungen geschützt sein. Das hat oft Auswirkungen auf die Verwendung eines Personenschutz-Scanners, auf die Einstellung seiner Schutz- und Warnfelder und auf den seitlichen Trittschutz. Die Sicherheitsauslegung muss so sein, dass der Werker wohl sicher arbeiten kann, aber trotzdem die Sensorik nicht laufend unbegründet anspricht.


3.3.1.7

111

Das Schwerlast-FTF

Hier wollen wir die Schwerlast-Fahrzeuge einsortieren, die indoor agieren. Stellvertretend stehen die Fahrzeuge, die Rollen transportieren, und zwar entweder in der Papiererzeugenden bzw. -verarbeitenden Industrie (Papierrollen mit einem Gewicht von mehreren Tonnen) oder in der Stahlindustrie als Erzeuger von Stahlcoils bzw. die Automobilindustrie als deren Verbraucher (Stahlcoils wiegen üblicherweise 30 t).

Bild 3-27 FTF-Kat. 7: Das Schwerlast-FTF (Quelle: FROG/Siemag)

Fahrzeuge für solche Lastgewichte stellen hohe Anforderungen an alle Konstruktionen und Bauteile. Das gilt für die Antriebe, für die Energieversorgung und für die Sicherheitstechnik. Es liegt in der Natur der Sache, dass die Anzahl der Einsatzfälle solch extremer Gewichte vergleichsweise niedrig sind. Das hohe Gewicht der gesamten Fuhre bestimmt die Anstrengungen der Entwickler, Unfälle mit Personen oder Sachen in jedem Falle zu vermeiden. Dies klingt zunächst selbstverständlich, deshalb soll hier ausdrücklich auf den direkten Vergleich zur FTF-Kategorie 6 hingewiesen werden, in der es auch insbesondere um die Sicherheitsauslegung geht jedoch mit einer ganz anderen Zielsetzung.

3.3.1.8

Das Mini-FTF

Die achte Kategorie findet man in der gegenwärtigen dritten FTS-Epoche eher selten. Hier geht es darum, dass viele kleine, schnelle, intelligente und flexible Fahrzeuge extrem schnelle Bedürfnisse befriedigen. Wir wollen sie trotzdem als Kategorie aufnehmen, weil die Ideen dazu nicht neu sind, und es auch schon vor allem in den USA Beispiele14 gibt. 14

Beispiel: KIVA Systems, 225 Wildwood Avenue, Woburn, MA 01801 USA, www.kivasystems.com

112

3 Stand der Technik

Bild 3-28 FTF-Kat. 8: Das Mini-FTF (Konzept)

Es ist eine Vision, an der nicht nur die Universitäten arbeiten: Ganze Schwärme von kleinen FTF sollen intelligent miteinander arbeiten. Die Fahrzeuge sollen sich ohne eine eigene separate FTS-Leitsteuerung untereinander verständigen, Strategien entwickeln und gemeinsam Arbeiten ausführen. Die Forschungsgebiete heißen Agentensysteme und Schwarmtheorie. Viele unkonventionelle Einsatzfälle sind denkbar. Die bekannteste Aufgabe liegt in einer fortschrittlichen Art der Kommissionierung, bei der nicht der Mitarbeiter die Ware sucht und einsammelt, sondern die Ware selbständig mit Hilfe der Mini-FTF zum Mitarbeiter kommt und ihm Hilfestellung bei der Zusammenstellung der kundenspezifischen Lieferungen gibt. Hier wird es Zukunft darum gehen, mit Hilfe von intelligenten Konstruktionen und neuen Bauteilen (Elektrik, Elektronik und Sensorik) preiswerte Lösungen zu entwickeln. Ein Knackpunkt wird auch hier wieder der Personenschutz sein, weil die heutigen, von der BG15 zugelassenen Laserscanner jeden gesetzten Preisrahmen sprengen würden.

3.3.1.9

Der PeopleMover

Der sichere Transport von Menschen sowohl in öffentlichen Bereichen wie Parkplätze, Parks, Golfplätze, Innenstädte, Messegelände, Flughäfen u. a., aber auch auf einem Werksgelände stellt die Hersteller vor große Herausforderungen, weshalb sich bisher auch nur wenige Firmen mit dem Thema befassen. PeopleMover dienen dem Transport von Personen/Fahrgästen, womit sie definitionsgemäß gar keine Fahrerlosen Transportsysteme (nach VDI 2510) sind. Hintergrund ist, dass PeopleMover besondere Anforderungen an den Personenschutz stellen. Der Einsatz erfolgt meist outdoor und zusätzlich in öffentlichen Verkehrsräumen. Damit haben wir das Problem, dass die Frage der Zuständigkeiten neu gestellt werden muss. Weder die BG noch die VDI-Richtlinien geben verbindliche Auskunft. Erschwerend kommt hinzu, dass die gewünschten Fahrgeschwindigkeiten deutlich höher sind als die in den üblichen IntralogistikAnwendungen. Ein Einsatzfeld für automatische Fahrzeuge, das den Rahmen dieses Buches sprengen würde. 15

BG = Berufsgenossenschaft


113

Bild 3-29 FTF-Kat. 9: Der PeopleMover (Quelle: FROG)

3.3.1.10 Das Diesel-FTF In dieser Kategorie fassen wir unterschiedliche Fahrzeuge zusammen, die im Außenbereich eingesetzt werden. Es handelt sich meist um größere FTF, die Lasten von mehreren Tonnen transportieren. Der Outdoor-Einsatz ermöglicht den verbrennungsmotorischen Antrieb, also im Regelfall einen Diesel-elektrischen oder Diesel-hydraulischen Antrieb.

Bild 3-30 FTF-Kat. 10: Das Diesel-FTF, links: Radlader u. rechts: im Containerhafen (Quelle: Götting)

Über die Besonderheiten des Outdoor-Einsatzes haben wir weiter vorne bereits berichtet (siehe Kap. 2.1.5).

114

3 Stand der Technik

3.3.1.11 Das Sonder-FTF In dieser Kategorie sammeln wir alle Fahrzeuge, die speziell für ganz konkrete Projekte konzipiert und gebaut wurden, die also nicht in eins der vorderen Schemata passen.

Bild 3-31 FTF-Kat. 11: Das Sonder-FTF (Quelle: Snox)

3.3.2 Die Fahrzeugsteuerung In der klassisch-hierarchischen Steuerungsstruktur der dritten FTS-Epoche ist die Fahrzeugsteuerung der FTS-Leitsteuerung untergeordnet. Während sich die Leitsteuerung um das Ganze bemüht, nämlich um die Erfüllung der Aufgabe (Abarbeitung von Transportaufträgen), koordiniert die Fahrzeugsteuerung alle Aktionen im FTF. Die Fahrzeugsteuerung ist damit eine der wichtigsten Baugruppen in einem FTS, insbesondere, weil sie aus Hard- und Software besteht. Die Hardware kann sehr unterschiedlich sein. Entsprechend der Komplexität des Systems und der Intelligenz der Fahrzeuge findet man: • Einplatinenrechner • Speicherprogrammierbare Steuerungen • Eigens konzipierte integrierte Rechner auf Basis von Microcontrollern • Mehrplatinenrechner.


115

Bild 3-32 Ein eigens konzipierte FTF-Steuerung (Quelle: FROG)

3.3.2.1

Anforderungen an eine Fahrzeugsteuerung

Aus dem Einsatz der Steuerung in einem Fahrzeug leiten sich einige spezielle Anforderungen ab. So muss sie mit Spannungsschwankungen der mobilen Energieversorgung zurechtkommen und resistent gegen diverse Stäube sein. Vom mechanischen Gesichtspunkt her muss sie trotz der Erschütterungen zuverlässig funktionieren. Sollte das Fahrzeug outdoor eingesetzt werden, kommen ggf. die klimabedingten Anforderungen hinzu. Unter solchen Bedingungen werden die Steuerungen allerdings meist abgeschirmt eingebaut sowie gekühlt und/oder beheizt. Die Fahrzeugsteuerung ist von zentraler Bedeutung, wenn es um die sicherheitstechnischen Anforderungen geht. Entsprechend der geforderten hohen Sicherheitskategorien gemäß EN 954 bzw. der Sicherheits-Integritätslevel der IEC 61508 für den Personenschutz ist der funktionale Zusammenschluss der Fahrzeug-Elektrik/Elektronik aufwendig auszuführen: • Hard- und Software der FTF-Steuerung (Personenschutz muss garantiert sein) • Auswahl der Sensoren plus Auswerteeinheit (→ Ausfallsicherheit) • Auslegung der Elektrik (→ 2-Kanaligkeit).

3.3.2.2

Schnittstellen der Fahrzeugsteuerung

Die Schnittstelle der Fahrzeugsteuerung und der Leitsteuerung ist physikalisch heute meist eine WLAN-Datenübertragung und logisch der Fahrauftrag, der über diese physikalische Schnittstelle ins Fahrzeug kommt und nach der Erledigung auf dem gleichen Wege zurückgemeldet wird. Die Schnittstellen der Fahrzeugsteuerung innerhalb des FTF betreffen folgende Fahrzeugkomponenten: • Sicherheitssystem, also Notaus-Schaltkreis, Personenschutz-Scanner, Schaltleisten etc. • Energiemanagement, also die Überwachung der Batterie-Ladestände • Lastaufnahmemittel, also die Position eines Hubmastes o. Ä. • Die mechanischen Antriebselemente Antriebe und Lenkung • Die Bedieneinrichtungen, also das Bedienfeld und das Handbediengerät.

116

3 Stand der Technik

Bild 3-33 Ein Bedienfeld am FTF, mit: 2 schwarzen Stopp-Tastern (kein Notaus!), einer runden WLAN-Antenne, der Anschlussbuchse für die Handsteuerung, einem Eingabeterminal, Taster und Leuchten (Quelle: dpm)

Eventuell gibt es darüber hinaus noch Schnittstellen zu externen Geräten oder Einrichtungen: • Direkte Kommunikation zu anderen Fahrzeugen • Lastaufnahmestationen • Gebäudeeinrichtungen wie Aufzüge, Lifte, automatische Türen, Brandabschnittstore, Ampeln, Schranken usw.

3.3.2.3

Klassische Funktionsblöcke

Die Überschrift schränkt die hier betrachteten Funktionsblöcke bereits ein, und zwar, weil die funktionale Aufgabenverteilung zwischen Leitsteuerung und Fahrzeugsteuerung grundsätzlich sehr flexibel realisiert sein kann. Im Extremfall ist denkbar, dass alle Funktionsblöcke beider Steuerungshierarchien im Fahrzeugrechner laufen. Dies ist aber bis heute nicht üblich; deshalb wollen wir uns hier auf die klassische Aufteilung der Funktionsblöcke beschränken, wie in Bild 3-34 dargestellt. Das Bild zeigt die klassischen Funktionsblöcke. Der Funktionsblock Manager zerlegt den Fahrauftrag in Einzelbefehle und setzt die Fahrzeugkomponenten wie die Antriebe, Lenkung, Lastaufnahmemittel, Sicherheitseinrichtungen etc. zur Erfüllung des Fahrauftrages ein. Er ist deshalb mit einer Schaltzentrale im FTF gleichzusetzen. Der Funktionsblock Fahren wendet die Verfahren der Navigation an, indem also Koppelnavigation und Peilung entsprechend der weiter vorn beschriebenen Möglichkeiten in Verbindung mit den mechanischen Fahreinrichtungen wie Antriebs- und Lenkaktorik gebracht werden. Alle Aufgaben der Positionsbestimmung, der Navigation, der Bahnführung und der Standortbestimmung laufen in diesem Block ab.


117

Bild 3-34 Die klassischen Funktionsblöcke einer FTF-Steuerung

Der Funktionsblock Lastaufnahme übernimmt die Koordination der Lastaufnahme und -abgabe. Je nach Komplexität des LAM16 werden die Sensorik abgefragt und die Aktorik angesteuert. Sollten auch die stationären Lastübernahme-Einrichtungen aktiv sein, übernimmt dieser Funktionsblock ebenfalls deren Ansteuerung. Der Funktionsblock Energiemanagement hat die Aufgabe, das Energiesystem des Fahrzeugs mit höchster Verfügbarkeit einsatzfähig zu halten. Nun sind die Möglichkeiten der mobilen Energieversorgung vielfältig; grundsätzlich sind alle Kombinationen aus den folgenden Technologien denkbar: • Klassische Akkumulatoren, wie Bleisäure und NiCd17 • Berührungslose Energieübertragung per Induktion • Neuartige Akkumulatoren, wie Nickel-Metall-Hybrid (NiMh18), Lithium-Ionen (LiIon19) • Doppelschichtkondensatoren • Brennstoffzelle • Verbrennungsmotorische Antriebe, wie Benzin oder Diesel. Je nach eingesetzter Technik auch Kombinationen sind denkbar kann das Energiemanagement sehr unterschiedlich komplex realisiert sein. Der Funktionsblock Überwachung & Sicherheit garantiert den Schutz von Personen und Sachwerten, weshalb seine Funktionserfüllung oberstes Gebot ist. Sichere Steuerungen und/oder ein sicherer Schaltungsaufbau sind erforderlich, um die Funktion der Personenschutzeinrichtungen in jedem Falle zu gewährleisten. Nicht so hohe Sicherheitsanforderungen werden an die zweite Funktionalität dieses Funktionsblocks gestellt: der Kollisionsverhinderung. Sie ist Teil der Verkehrsregelung und sorgt dafür, dass mehrere FTF eines FTS weder 16

LAM = Lastaufnahmemittel

17

NiCd = Nickel-Cadmium

18

NiMh = Nickel-Metallhydrid

19

LiIon = Lithium-Ionen

118

3 Stand der Technik

kollidieren, noch sich gegenseitig blockieren. Dazu werden die Fahrzeuge entweder mit einer entsprechenden Kollisionsschutzsensorik ausgestattet, oder sie kommunizieren direkt miteinander.

3.3.2.4

Betriebsarten

Die Steuerungsstruktur einer Fahrzeugsteuerung kann abhängig von der eingeschalteten Betriebsart unterschiedliche sein. Neben der Betriebsart Automatikbetrieb gibt es weitere Betriebsarten wie • Halbautomatikbetrieb • Handbetrieb • Diagnose & Service • Lern-Modus. Der Handbetrieb ermöglicht das manuelle Bedienen der Fahrzeugfunktionen über das Bedienfeld am Fahrzeug oder aber dem Handbediengerät. Das Handbediengerät ist ein externes, per Kabel und Stecker an das FTF anschließbares Gerät, mit dem das FTF per Joystick verfahrbar ist. Fallweise ist es auch möglich, mit diesem Gerät manuell die Last aufzunehmen oder abzusetzen. Der Halbautomatikbetrieb ist stets eine projektbezogene Einzellösung. Meist ist es eine Mischform aus dem Automatik- und dem Handbetrieb. Beispielsweise kann bei Ausfall der FTSLeitsteuerung oder aber der WLAN-Verbindung zwischen den Fahrzeugen und der Leitsteuerung sinnvoll sein, dass die Fahrzeuge weiter (eingeschränkt) fahren. Dazu könnten die Fahraufträge direkt am Bedienfeld eingegeben und automatisch abgefahren werden. Wenn jedoch Schnittstellen zur Umgebung des FTS nicht direkt vom Fahrzeug bedient, sondern über die FTS-Leitsteuerung abgewickelt werden, stößt diese Intention schnell an ihre Grenzen. Die Betriebsart Diagnose & Service erlaubt weitreichende Eingriffe für das Servicepersonal. Im Lern-Modus findet das Einlernen neuer Weginformationen statt. Dies kann direkt durch einmalig manuell durchgeführte Fahrten (Teach-Fahrt) oder aber durch ein Downloading von der FTS-Leitsteuerung geschehen. Diese Fahrten werden im Fahrzeugrechner abgespeichert und stehen dann im Automatikmodus zur Verfügung.

3.3.3 Die mechanischen Bewegungskomponenten So vielfältig wie die unter 3.3.1 beschriebenen Fahrzeug-Kategorien sind auch die eingesetzten technischen Lösungen, die Fahrzeugbewegungen zu ermöglichen. Dazu werden die Räder (wir betrachten selbstredend nur Radfahrzeuge), das Fahrwerk also die Anzahl, die Bauart und die Anordnung der Räder sowie die Antriebe und Lenkung benötigt.

3.3.3.1

Räder

Die meisten FTF insbesondere nahezu alle Indoor-Fahrzeuge haben Räder mit Bandagen aus Kunststoff (Elastomere), meist Vulkollan® (Bayer) oder Polyamid. Sie haben eine hohe Abriebfestigkeit und hinterlassen nur wenig Abrieb auf der Fahrbahn (nicht kreidend). Bei Outdoor-Fahrzeugen findet man darüber hinaus Vollgummi-Reifen oder auch gewöhnliche LKW-Reifen (luftgefüllte Gummireifen). Je mehr Elastizität die Reifen bekommen, um z. B.


119

bezüglich Komfort (eventuell für die Bordelektronik und/oder die Last wichtig) und/oder Geländegängigkeit (bei schlechtem Straßenzustand) zu punkten, desto anspruchsvoller wird die Navigation des Fahrzeugs und desto schlechter die Positioniergenauigkeit.

3.3.3.2

Radkonfiguration

Die Radkonfiguration beschreibt die Auswahl, Anzahl, Anordnung und Ansteuerung der Räder eines FTF. Erhöht man den Aufwand bei der Radkonfiguration, gewinnt man bei der Beweglichkeit des Fahrzeugs. Eine gute Beweglichkeit bedeutet niedrigen Platzbedarf und Zeitgewinn beim Fahren auf der Geraden, in Kurven, beim Rangieren sowie bei der Lastaufnahme und -abgabe. Allerdings kostet alles, was technisch Vorteile bringt, einen Mehrpreis. Aus der technischen Notwendigkeit und der Wirtschaftlichkeit des Projektes leitet sich das optimale Fahrwerk ab. Der Flächenbedarf kann mit Hilfe der Hüllkurvenbetrachtung beurteilt werden, mit der die gesamte, vom Fahrzeug überstrichene Fläche grafisch dargestellt wird. So kann im Vorfeld das vorgegebene Anlagenlayout überprüft werden, und zwar hinsichtlich der räumlichen Situation an den Lastaufnahme- und -abgabestellen sowie der Kurven und Engstellen im Fahrkurs. Wenn man es schafft, die Fahrzeuge mit Hilfe eines technisch anspruchsvollen Fahrwerks schneller und damit leistungsfähiger zu machen, kann der höhere Fahrzeugpreis durch die Reduzierung der erforderlichen FTF egalisiert werden.

Bild 3-35 Skizzen typischer Fahrwerke von FTF (Quelle: VDI 2510)

120

3 Stand der Technik

Bild 3-35 zeigt typische Radkonfigurationen. Man unterscheidet linienbewegliche Fahrzeuge mit zwei und flächenbewegliche mit drei Freiheitsgraden. Die Hüllkurve ist bei linienbeweglichen Fahrzeugen ungünstiger als bei flächenbeweglichen. So ist das klassische Dreirad-Fahrwerk mit dem bekannten Bewegungsverhalten des PKW vergleichbar, von dem jeder weiß, dass es ein Überschwingen bei Kurvenfahrten oder beim Einparken gibt und berücksichtigt werden muss. Hätte unser Auto ein flächenbewegliches Fahrwerk mit Allradlenkung, würde das Einparken jedem einfacher gelingen. Ein besonderes Fahrwerk wird mit dem Mecanum-Rad20 möglich. Damit entsteht ein verblüffend bewegliches Fahrzeug, das letztlich jede denkbare Bewegung in der Ebene ausführen kann. Die vier Räder arbeiten ohne geometrischen Lenkeinschlag. Über dem Umfang des Rades sind mehrere, einzeln drehbar gelagerte Tonnen angebracht, die sich frei drehen können. Jedes Rad hat einen eigenen Antrieb. Durch die vier unterschiedlichen Drehzahlen kommt es zu den jeweiligen Bewegungen.

Bild 3-36 links: Skizze des Mecanum-Rades, rechts: Einbau in einem Huckepack-FTF (Quelle: Snox)

Ein weiteres Klassifizierungskriterium ist die Anzahl und Anordnung der Räder: • Dreirad-Fahrwerk

→ Dreieck-Form

• Vierrad-Fahrwerk

→ Rechteck- oder Raute

• Fünfrad-Fahrwerk

→ Giebelform

• Sechsrad-Fahrwerk → Rechteck-Form. Zur Erhöhung der Tragfähigkeit eines Fahrzeuges ist es jederzeit möglich, zusätzlich zu den erforderlichen Funktionsrädern, Stützräder anzubringen, die meist gefedert dabei helfen, das Gesamtgewicht bestehend aus Fahrzeug- und Lastgewicht zu stemmen. Ein zusätzliches Rad kann außerdem die Aufgabe eines Messrades haben. Solch ein leicht-laufendes Rad ist federnd aufgehängt und überträgt keine Gewichtskräfte und auch keine Antriebs- oder Lenkkräfte. Es dient einzig dazu, die Bewegungen des Fahrzeuges mit zu koppeln, um der Navigationskomponente Koppelnavigation unverfälschte Werte zu liefern. 20

Das Mecanum-Rad wurde 1973 von Bengt Ilon, Mitarbeiter der schwedischen Firma Mecanum AB erfunden.


3.3.3.3

121

Lenkung

Die Funktion des Lenkens ergibt sich aus der Fahrwerkskinematik. Hier wollen wir nur noch auf einen prinzipiellen Unterschied hinweisen: Es gibt solche mit und ohne geometrischem Lenkeinschlag. Ein Beispiel für den geometrischen Lenkeinschlag ist ein Dreirad-Fahrwerk mit einem gelenkten und angetriebenen Vorderrad sowie zwei nachlaufenden feststehenden Rädern auf der Hinterachse. Fahrwerke ohne geometrischen Lenkeinschlag sind z. B. die Differentialantriebe oder Fahrwerke auf Basis des Mecanum-Rades.

3.3.3.4

Antriebe

Der Spannungsbereich der elektrischen Antriebe reicht von 24 bis 96 V. Es kommen sowohl Gleichstrom- als auch wartungsfreie Drehstromantriebe zum Einsatz. Gerade die bürstenlosen AC-Radnabenantriebe erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, obwohl sie deutlich teurer sind als die Gleichstrom-Motoren. Selbstverständlich sind alle FTF mit mechanischen, hydraulischen und/oder elektrischen Bremsen ausgestattet. Ein typischer Fahrantrieb besteht aus einem Elektromotor, einem Radnabengetriebe, einem Laufrad mit Vulkollan®-Bandage und einer Elektromagnetbremse.

Bild 3-37 Ein typischer Radnabenantrieb für FTF: Der RNA 27 mit integrierter Lenkeinheit, 270 mm Raddurchmesser, 1.300 kg Radlast, 24 o. 48 V, in DC- o. AC-Technik erhältlich (Quelle: Schabmüller)

Von der Betrachtung verbrennungsmotorischer Antriebe für Outdoor-Fahrzeuge sehen wir hier ab. Meist sind es Diesel-hydraulische oder Diesel-elektrische Antriebe.

122

3 Stand der Technik

3.3.4 Die Energieversorgung der FTF Fahrerlose Transportfahrzeuge müssen mit Energie versorgt werden, und zwar für: • die Fahrzeugsteuerung, die Elektrik, Elektronik und Sensorik • die mechanischen Bewegungskomponenten • die Einrichtungen für die Lastaufnahme. Outdoor-Fahrzeuge haben meist ähnlich wie Lastkraftwagen sowohl eine Batterie (Bleiakkumulator) für die elektrischen Komponenten sowie einen Tank für Gas, Benzin oder Diesel. Darauf wollen wir hier nicht näher eingehen. Indoor-FTF können unter Umständen mit Schlepp- oder Schleifleitungen mit elektrischer Energie versorgt werden, was aber unüblich ist und deshalb auch nicht weiter verfolgt werden soll.

Tabelle 3-7 Gegenüberstellung der gängigen Techniken der Energieversorgung Technik Blei-Akkumulator

Eigenschaft preiswert Einsatz im kapazitiven Betrieb (siehe unten) lange Ladezeiten, entweder FTF über Nacht ans Ladegerät oder Batteriewechsel hohes Gewicht als Gegengewicht oder zur Stabilität vorteilhaft

NiCd-Akkumulator

teurer als Blei-Akkus, dafür längere Lebensdauer höhere Leistungsdichte als Blei-Akkus, also kleiner Einsatz im Taktbetrieb (siehe unten) schnellladefähig mit hohen Ladeströmen

Berührungslose Energieübertragung

geeignet für einfache Layouts, z. B. Montagelinien geringerer Platzbedarf als Traktionsbatterien verschleiß-, wartungsfrei und betriebssicher Verzicht auf Traktionsbatterien, und damit auf deren Nachteile: Begrenzte Lebensdauer, regelmäßige Ersatzinvestitionen Umweltschutz: Gase, Entsorgung Anlage kann einfach ein- und ausgeschaltet werden, Batterien dagegen müssen gepflegt und gewartet werden

Hybridsystem

Stützbatterie hilft, kurzfristigen Leistungsbedarf abzudecken Stützbatterie verhindert den Ausfall, wenn die Position des Fahrzeugs über den Doppelleitern z. B. in Kurven oder beim Rangieren nicht optimal ist Stützbatterie als Energiequelle bei Stromausfall oder im Handbetrieb abseits der Fahrspur


123

An dieser Stelle wollen wir uns auf die gängigen drei Methoden konzentrieren, denen sich die FTF der dritten Epoche bedient haben und meist immer noch tun: 1. Traktionsbatterie (Blei- oder NiCd-Akkumulatoren) 2. Berührungslose Energieübertragung 3. Hybridsystem: Berührungslose Energieübertragung plus kleiner Stützbatterie. Alle diese Techniken haben ihre Berechtigung; wir wollen sie einzeln betrachten und dann auch gegeneinander abgrenzen, bzw. ihre Eignung eingrenzen. Die Tabelle 3-7 stellt die bisherigen Möglichkeiten gegenüber. Moderne Batteriesysteme, wie Nickel-Metall-Hybrid (NiMh), Lithium-Ionen (LiIon), aber auch die Doppelkondensatoren und die Brennstoffzelle bereichern die Szene, kommen aber nur langsam und erst in der vierten, also nächsten FTS-Epoche deshalb sei bezüglich der neuen Technologien auf das letzte Buchkapitel verwiesen.

3.3.4.1

Traktionsbatterie

Übliche Traktionsbatterien im FTS sind: • Blei-Säure-Batterien (flüssiger Elektrolyt) • Blei-Gel- oder Blei-Fließ-Batterien (gebundener Elektrolyt) • Nickel-Cadmium-Batterien (flüssiger Elektrolyt). Die Auswahl der Batterie hängt unter anderen von der Betriebsart der Fahrzeuge ab. Folgende Batteriebetriebsarten sind im FTS üblich: a) Kapazitive Entladung mit und ohne Batteriewechsel b) Kapazitive Entladung mit Zwischenladungen c) Taktbetrieb a) Kapazitive Entladung (Blei-Batterie) Die kapazitive Entladung setzt voraus, dass zu Beginn der Arbeitsschicht die Batterie vollgeladen ist. Die Batteriekapazität ist so dimensioniert, dass die Betriebskapazität, d. h. max. 80 % der Nennkapazität, über die gesamte Arbeitsschicht zur Verfügung steht. Beim Entladevorgang dürfen dabei die Grenzwerte nicht überschritten werden (Strom, Temperaturen etc.). Nach Entnahme der Betriebskapazität muss für eine Vollladung der Batterie genügend Zeit zur Verfügung stehen. In der Regel wird die gleiche Zeit für das Laden wie für das Entladen bzw. Fahren benötigt (mindestens 7,5 h). Das Nachladen findet entweder direkt im Fahrzeug (meist Einschicht-Betrieb) oder in einem extra Laderaum (meist Mehrschichtbetrieb) statt. Diese Systeme sind die einfachsten und preiswertesten von den hier betrachteten. Der Einsatz ist vom 1-Schicht- bis zum 3-Schicht-Betrieb möglich, allerdings verlangen sie relativ viel Aufwand für das Wechseln und Warten im Mehrschichtbetrieb. b) Kapazitiver Betrieb mit Zwischenladung (Blei-Batterie) Auch bei der kapazitiven Entladung mit Zwischenladungen geht man davon aus, dass die Batterie zu Beginn der Arbeitsschicht vollgeladen ist. Die Batteriekapazität ist so dimensioniert,

124

3 Stand der Technik

dass die Betriebskapazität, d. h. max. 80 % der Nennkapazität einschließlich der Summe der Kapazitätserhöhungen durch Nachladungen über die gesamte Arbeitsschicht ausreichend ist. Durch die Nachladungen erhöht sich der Energieumsatz der Batterien und es stellen sich höhere Temperaturen in der Batterie ein, wodurch die Lebensdauer der der Batterie sinkt. Auch hier dauert das Nachladen in der Regel mindestens 7,5 h. Diese Betriebsart findet man meist nur im 1-Schicht-, selten im 2-Schicht-Betrieb. c) Taktbetrieb (NiCd-Batterien und mit Einschränkungen auch Blei-Batterien) Für den Taktbetrieb ist die Betriebskapazität einer Batterie so ausgelegt, dass die Energiereserven bis zum nächsten Ladezeitpunkt ausreichen. Die Ladung der Batterie findet in oder neben der Anlage, meist sogar während eines Arbeitsprozesses statt. Am Ladestandort muss genügend Zeit zur Verfügung stehen, die entnommene Energie wieder nachzuladen. Die Batterien verbleiben den gesamten Arbeitstag im Fahrzeug und werden nur durch Zwischenladungen geladen. Ein tägliches Nachladen oder Wechseln der Batterie entfällt. Für die Dimensionierung ist der tägliche Energiedurchsatz maßgeblich. Die besonders geeignete NiCd-Batterie ist wartungsarm und findet ihren Einsatz meist im 3-Schicht-Betrieb. Mit diesem System ist ein Rund-um-die-Uhr-Betrieb (24 Stunden pro Tag und 7 Tage pro Woche) üblich. Die Erstinvestition ist zwar höher als bei den zuvor genannten Systemen, dafür sinken die Gesamtkosten (Betrachtung über die Nutzungszeit des FTS, auch TCO oder life circle cost genannt) durch eine längere Lebensdauer und geringeren Wartungsbedarf.

3.3.4.2


Bei der berührungslosen Energieübertragung wird elektrische Energie von einem fest im Boden verlegten Leiter induktiv auf einen oder mehrere mobile Verbraucher (FTF) kontaktlos übertragen. Die elektromagnetische Kopplung erfolgt über einen Luftspalt und ist wartungsund verschleißfrei. Der Primärkreis besteht nur aus einer Windung, die als Doppelleiter fest im Boden installiert wird, und zwar entlang der Fahrstrecke der FTF. Knapp zwei Zentimeter über dem Boden sitzt dann der Sekundärkreis im FTF, wo die induzierte Energie den Verbrauchern im Fahrzeug zur Verfügung gestellt wird. Die Übertragungsfrequenz beträgt üblicherweise 20 bis 25 kHz. Dieses Verfahren, die FTF mit Leistung zu versorgen, eignet sich für einfache FTS-Layouts, so wie sie in der Serienmontage vorkommen. Für komplexe Layouts, in denen das FTS im Taxibetrieb unterwegs ist, ist dies nur schwer realisierbar. Auf die technischen Grundlagen21 wollen wir hier verzichten. Dafür lohnt ein Blick auf die notwendigen Komponenten und die Installation der Doppelleiter. Zu den mobilen Komponenten solcher Systeme gehören der Übertragerkopf (Sekundärteil, auch Pickup genannt) und der daran angeschlossene Anpass-Steller. Es können auch mehrere Übertragerköpfe am Unterboden des FTF verbaut sein, um die erforderliche Leistung übertragen zu können. Ein üblicher Wert für die Leistung eines Kopfes beträgt 800 W. Der AnpassSteller wandelt dann den induzierten Strom in Gleichspannungen um, meist in eine Steuerspannung von 24 V und eine Leistungsspannung von 500 V DC. 21

Weiterführendes Buch von Dirk Schedler: Kontaktlose Energieübertragung Neue Technologie für mobile Systeme, Verlag Die Bibliothek der Technik, ISBN 978-3-937889-59-7


125

Bild 3-38 Ein FTS mit berührungsloser Energieübertragung; die Bilder in der Mitte und rechts zeigen Verlegemöglichkeiten des Doppelleiters (Quelle: SEW)

Bild 3-39 Komponenten eines Systems zur berührungslosen Energieübertragung (Quelle: SEW)

126

3 Stand der Technik

Die wichtigsten stationären Komponenten sind der Einspeise-Steller, das Anschaltmodul und die Kompensations-Kondensatoren. Der Einspeise-Steller wandelt die Wechselspannung (50/60 Hz) in eine Wechselspannung mit der genannten Übertragungsfrequenz von 20 bis 25 kHz um. Die Leistung beträgt typischerweise 16 kW. Das Anschaltmodul macht daraus einen konstanten sinusförmigen Wechselstrom.

3.3.4.3

Hybridsystem

Unter Hybridsystem wollen wir hier ein Energieversorgungssystem für FTF verstehen, dass aus einer Kombination der berührungslosen Energieübertragung und einer Stützbatterie verstehen. Stützbatterie deshalb, weil sie wesentlich kleiner als die typische Traktionsbatterie sein kann und weil sie nur eingeschränkte Aufgaben erfüllt. Es gibt zahlreiche Gründe, warum die Stützbatterie sinnvoll ist. Die wesentlichen sind: • Nicht alle Strecken eines Layouts lassen sich mit Doppelleitern ausstatten. Dort, wo besondere Anforderungen an den Boden oder die Layoutflexibilität gestellt werden, muss frei, d. h. vom Doppelleiter befreit gefahren werden. • Der Ablauf kann im FTF Leistungsspitzen erfordern, die mit einem zusätzlichen Energiespeicher bedient werden. Hier sind natürlich auch Hochleistungs-Kondensatoren denkbar. • Im Störungsfall kann das Fahrzeug mit Hilfe der Stützbatterie vom Layout entfernt werden, um die anderen FTF nicht zu stören. • In besonderen Layoutbereichen, z. B. in engen Kurven kann die relative Lage von Primär(stationär) und Sekundärkreis (mobil) so ungünstig sein, dass die übertragene Leistung zum Fahren allein nicht reichen würde da hilft dann die Stützbatterie.

3.4 Das Umfeld des FTS Ein FTS ist das flexible automatische Fördermittel. Es kann in fast jede vorgegebene industrielle Umgebung integriert werden. Das bedeutet, dass während der Projektierung der Anlage das stationäre Umfeld analysiert werden muss, so dass das FTS an seine Einsatzumgebung adaptiert werden und entsprechende Schnittstellen zu Nachbargewerken geschaffen werden können. Es muss aber jedem klar sein, dass diese Integration eine nicht zu unterschätzende Bedeutung hat. In vielen Projekten wird viel zu spät repariert, was im Vorfeld zu klären versäumt wurde.

3.4.1 Die Einsatzumgebung Die Einsatzumgebung wird einerseits durch die umgebende Atmosphäre bestimmt und andererseits durch räumliche Restriktionen. Die Atmosphäre gilt es immer dann zu beachten, sobald sie von der Norm abweicht; das ist gegeben, wenn mit folgenden Bedingungen zu rechnen ist:

3.4 Das Umfeld des FTS

127

• Besonders hohe oder niedrige Temperaturen, also unterhalb von 5° und oberhalb von 30° • Große Temperaturschwankungen • Erhöhte Luftfeuchtigkeit oder extrem trockene Luft • Zusatzstoffe in der Atmosphäre, wie Ölnebel, Lösungsmittel, Wasserdampf, Farbpartikel, Staub oder aggressive Gase • Elektrische oder magnetische Felder • Explosive Gase. Diese Liste gilt nur für den Indoor-Einsatz der Fahrzeuge. Räumliche Restriktionen können zum Beispiel begrenzte Raumhöhen oder Traglasten der Böden sein. Sollten die obigen Bedingungen keinerlei Auffälligkeiten aufweisen, bleibt die Notwendigkeit, den Fahrweg und dabei insbesondere den Boden zu untersuchen. Denn dieser ist für den sicheren und störungsfreien Betrieb des FTS von grundlegender Bedeutung. Die meisten Einflussmöglichkeiten hat man, wenn der Boden neu hergestellt wird. Dann können entsprechende Normen und Richtlinien herangezogen werden, die z. B. in der VDI-Richtlinie 2510-1 zu finden sind. Eine exakte Beschreibung eines FTS-gerechten Bodens würde hier zu weit führen. Ganz allgemein gesprochen definiert er sich über die Einhaltung bestimmter Standards in folgenden Kriterien: • Druckfestigkeit des Fahrbahnbelages: Wichtig sind die hohe Flächenpressung sowie die ebenfalls hohen Scherkräfte. • Reibung: Der Gleitreibungskoeffizient sollte zwischen 0,6 und 0,8 liegen. Ist er niedriger, ist eine ordnungsgemäße Not-Bremsung nicht gewährleistet; bei höheren Werten kommt es zu übermäßigem Verschleiß an den Rädern des FTF. • Ebenheit des Bodens: diese ist umso wichtiger, desto höher die Anforderungen an die Genauigkeit der Lastübergabe sind, z. B. beim Einstapeln in Regale. • Steigungs- und Gefällestrecken: Steigungen müssen vom Fahrzeug antriebsseitig beherrschbar sein, und Gefälle bergen Risiken bei einer eventuellen Not-Bremsung hier darf es weder zum Kippen der Fuhre noch zu verlängerten Bremswegen aufgrund von Rutschen kommen. Es ist auch ausreichend große Übergangsradien (Größenordnung: 25 m) zu achten, so dass die FTF beim Auffahren auf die Steigung nicht mit dem Rahmen aufsetzen, denn die Bodenfreiheit der Fahrzeuge beträgt aus Sicherheitsgründen nur wenige Zentimeter. Fünf bis sieben Prozent Steigung sind normalerweise kein Problem. • Elektrische Ableitfähigkeit: Zur Vermeidung von elektrostatischen Aufladungen sollten die Böden lediglich einen maximalen Erdableitwiderstand von 106 Ω aufweisen. Häufig sind es gerade Kunststoffböden, die sowohl extrem glatt, als auch extrem isolierend sind. • Sauberkeit: Die Böden müssen während des Betriebs des FTS regelmäßig gereinigt werden; dabei ist darauf zu achten, dass die Böden nach der Reinigung vollständig abgetrocknet werden, weil nasse Böden zu unsicheren Fahrmanövern führen können. Die Verkehrswege, auf den die FTF fahren, dürfen normalerweise von den übrigen Verkehrsteilnehmern mitbenutzt werden, wie z. B. Fußgänger, Radfahrer, Stapler. Sie müssen als solche optisch gekennzeichnet sein. Die Mindestbreite des Fahrweges errechnet sich aus der Breite des FTF (inklusive Last), einem Randzuschlag von 50 cm auf jeder Seite und ggf. einem Zu-

128

3 Stand der Technik

schlag für Begegnungsverkehr von weiteren 40 cm. (Beispiel: Ein FTF von 1 m Breite, das eine Strecke zweispurig also im Begegnungsverkehr nutzt, benötigt eine reguläre Fahrwegbreite von 2 x 1 m plus 2 x 0,5 m plus 0,4 m = 3,4 m) Ob zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen oder -einrichtungen aufgrund eingeschränkter Verkehrswegbreiten erforderlich sind, wird in der Projektphase mit den staatlichen Arbeitsschutzbehörden (Gewerbeaufsicht bzw. Amt für Arbeitsschutz) und der zuständigen Berufsgenossenschaft abgeklärt werden.

3.4.2 Systemspezifische Schnittstellen Das angewendete Verfahren zur Navigation und Standortbestimmung erfordert ggf. besondere Markierungen (Farbstreifen, Metallbänder, Bodenmagnete, Transponder etc.) auf oder im Boden, und/oder auch an den Säulen und Wänden (Reflektoren, Reflexmarken, Peilsender etc.). Eine wichtige systemspezifische Schnittstelle ist die zu den stationären Lastübergabeeinrichtungen. Diese Einrichtungen können aktiv und passiv sein. Im Falle einer aktiven Lastübergabeeinrichtung verfügt diese über einen oder mehrere elektrische Antriebe, zu denen eine direkte Kommunikation vom FTF aus, oder aber eine zentrale Ansteuerung über die FTS-Leitsteuerung erforderlich ist. Die Lastübergabe stellt eine sicherheitsrelevante Situation da, die mit der staatlichen Arbeitsschutzbehörde und er zuständigen BG abgestimmt sein muss. In jedem Fall ist die Gefährdung von Personen zu vermeiden. Am einfachsten gelingt dies, wenn der sicherheitsrelevante Bereich ein abgeschlossener Bereich ist, in dem sichergestellt ist, dass sich darin keine Personen aufhalten. Tabelle 3-8: Stationäre Sicherheitseinrichtungen gemäß VDI 2510-1 Sicherheitselement / -maßnahme

Einsatzzweck

Parabolspiegel

Immer sinnvoll in schwer einsehbaren Kreuzungen besonders dann, wenn neben den FTF auch Stapler die gleichen Verkehrswege benutzen.

Ampelanlage

Für nicht einsehbare Kreuzungen. In der Regel wird von dem FTF die Vorfahrt angefordert und so schnell zugeschaltet, dass es nicht anhalten muss.

Schranken

Der Einsatz von Schranken kann sinnvoll sein, wenn zu bestimmten Zeiten (Schichtwechsel, Feierabend, Mittagszeit etc.) ein großer Personenfluss den Verkehrsweg des FTF kreuzt.

Rundumleuchte

Zur Warnung von Personen vor herannahenden FTF in unübersichtlichen Streckenabschnitten.

Lichtschranke

z. B. zur Absicherung von Lagergassen.

Abgehängte Flatterbänder oder Ketten

Um das Begehen von Flächen zu erschweren.

Weitere Schutzmaßnahmen

Rammschutz, Abweiser, Schaltmatte, Bodenmarkierung, Pendelklappe.


129

Wo dies nicht möglich ist, sind besondere Maßnahmen üblich: • Bodenmarkierungen zur Kennzeichnung von Gefahrenbereichen • Stehverhinderer oder Leitbleche an der Einfahrt zur Lastübergabestation • Stationäre Sicherheitseinrichtungen gemäß Tabelle 3.8 • Optische und akustische Warnsignale am FTF • Spezielle Sensoren zur Erkennung von Personen oder anderen Hindernissen. In vielen Anlagen müssen die Batterien gewechselt werden. Dies kann manuell geschehen oder aber in automatischen Batteriewechsel-Anlagen. Zu solchen automatischen Anlagen muss der FTS-Lieferant die Schnittstelle auslegen und mitliefern. Verbleiben die Batterien in den FTF, empfehlen sich automatische Batterieladestationen, zu denen die Fahrzeuge von der FTSLeitsteuerung zur Nachladung geschickt werden. Hier gibt es in der Regel eine zentrale Schnittstelle über LAN zur FTS-Leitsteuerung.

Bild 3-40 Typische Batterieladestation: Ladegeräte an der Wand montiert und Ladekontakte aus Kupfer im Boden eingelassen (Quelle: DS)

Da es bei der Ladung von Batterien zur eventuell gesundheitsschädlichen Gasung kommen kann, ist für die Auslegung der entsprechenden Räumlichkeiten eine Reihe von Vorschriften zu beachten, die auch in der VDI 2510-1 zu finden sind. Im Wesentlichen geht es hier um eine ausreichende Belüftung, damit die Gaskonzentration nicht unzulässige Werte annimmt.

Bild 3-41 Ein Rollcontainer in einem Krankenhaus; rechts mit eingefahrenem FTF (Quelle: Hupfer22) 22

HUPFER® Metallwerke, D-Coesfeld, www.hupfer.de

130

3 Stand der Technik

Sollte der Einsatzfall in der Krankenhauslogistik liegen, gibt es mit großer Wahrscheinlichkeit eine Schnittstelle zu Rollcontainern (Bild 3-41). Diese müssen von einem Unterfahr-FTF unterfahren, angehoben und transportiert werden. Beim Unterfahren muss die genaue Position des Containers erkannt werden, damit er sicher aufgenommen werden kann. Außerdem muss in den meisten Fällen eine Container-Codierung gelesen werden, die sich an der Unterseite des Containers befindet. Aus Sicht des automatischen Transports mit Unterfahr-FTF ergeben sich an die Rollcontainer folgende Anforderungen: • Lichte Einfahrfläche stirnseitig: 660 mm Breite mal 365 mm Höhe • Gesamtgewicht (gefüllt) max. bis 500 kg • Vier drehbare Rollen mit Richtungsraste in Längsrichtung, davon zwei Rollen mit Bremse und ein oder zwei Rollen als Antistatik-Rad • Hochwertige und leichtgängige Rollen, ca. 180 mm Durchmesser • Glattflächiger Boden, tragfähig und dicht gegenüber dem Container-Inneren • Mittig im Boden ist eine Vertiefung zur eventuellen Aufnahme von Transpondern, Magneten oder anderen ID-Tags vorzusehen • Verschlossene Türen und Klappen müssen einrasten, damit ein ungewolltes Öffnen während der Fahrt unterbleibt • Öffnungswinkel der Türen 270°; zusätzlich eine Raste für rückseitiges Waschen der Türen • CWA23-Anforderungen separat (Edelstahl, Temperaturbeständigkeit etc.). Als letzte der systemspezifischen Schnittstellen seien Einrichtungen genannt, die zur Datenübertragung erforderlich sind. Eine Datenübertragung ist erforderlich zwischen • der FTS-Leitsteuerung und den FTF • den Lastübergabestationen und der Leitsteuerung aber auch zu den Fahrzeugen • der Leitsteuerung und der automatischen Batterieladestation • den Fahrzeugen untereinander • der FTS-Leitsteuerung und anderen peripheren Einrichtungen. Die Datenübertragung zwischen der FTS-Leitsteuerung und stationären Einrichtungen geschieht heute meist per LAN. Für die Datenübertragung zum (mobilen) FTF gibt es verschiedene Möglichkeiten: Induktiv, Infrarot, Funk. Moderne FTS nutzen die auch in der Haus- und Bürokommunikation mittlerweile übliche WLAN-Technologie. Auf eine vollständige Ausleuchtung des gesamten FTS-Layouts ist zu achten. Häufig wird ein WLAN-Netz bauseits bereitgestellt.

23

CWA = Container-Waschanlage


131

3.4.3 Periphere Schnittstellen Die dritte Gruppe der Berührungspunkte des FTS mit seiner Umgebung betrifft die peripheren Einrichtungen, also die Türen, Tore, Aufzüge und andere automatische Fördersysteme.

3.4.3.1

Türen und Tore

Türen und Tore können von den fahrerlosen Transportfahrzeugen durchfahren werden, sofern sie automatisch funktionieren. Dazu gibt es unterschiedliche Möglichkeiten: • Die FTS-Leitsteuerung ist in der Lage, die Tür anzusteuern; dazu muss es eine LANVerbindung geben. • Das FTF kommuniziert direkt per Infrarot oder Bluetooth mit der Tür. • Die Tür ist mit einer eigenen Sensorik ausgestattet und bemerkt das sich nähernde FTF. Als Sensorik eignen sich: Kontaktschleifen im Boden, Lichtschranken an den Wänden oder Bewegungsmelder. In jedem Fall muss sichergestellt sein, dass die Öffnung der Tür so schnell geschieht, dass die heranfahrenden FTF nicht verzögern oder gar stoppen und warten müssen. Nach erfolgter Durchfahrt des FTF kann die Tür mittels Signalaustausch wieder geschlossen werden. Handelt es sich bei den Türen um Brandtore (auch Brandschutztore, oder Brandabschnittstore), werden diese im Normalfall ähnlich bedient wie die oben beschriebenen. Häufig sind Brandtore auch stets geöffnet. Sie schließen dann entweder lokal von angeschlossenen Brandmeldern oder aber zentral von einer Brandmeldezentrale angesteuert im Brandfall automatisch. Diese automatische Ansteuerung hat eine höhere Priorität als die Anforderung des FTF oder der FTS-Leitsteuerung. Es muss aber sichergestellt sein, dass sich die Tür nicht schließt, wenn sich gerade ein FTF in der Durchfahrt befindet und eingeklemmt würde. Das hätte zur Folge, dass das Brandtor nicht vollständig schließen und damit seine Aufgabe nur bedingt erfüllen würde. Deshalb werden Brandtore bzw. deren Steuerungen üblicherweise mit einer Zeitverzögerung ausgestattet, die dem FTS ca. eine halbe Minute nach Auslösen des Alarms Zeit gibt, den Torbereich zu verlassen.

3.4.3.2

Aufzüge

Wenn sich das FTS in Stockwerk-übergreifenden Layouts bewegt, sind Aufzüge (auch Lifte, Heber oder Vertikalförderer) zu benutzen. Zunächst ist wichtig zu prüfen, ob diese Aufzüge auch von Personen benutzt werden. Wenn dies der Fall ist, müssen folgende Punkte im Vorfeld geklärt werden: • Um welche Personen handelt es sich: geschulte Mitarbeiter, ungeschultes Personal, Besucher, Kinder, Patienten etc? • Wie hoch ist die Frequentierung durch Personen und das FTS? • Sind Zeitfenster denkbar, während deren Personen und FTF getrennt werden können? • Kann die Personenbeförderung mit Schlüsselschaltern reglementiert werden, so dass nur geschultes Personal den Aufzug bedient? Ein eventueller Mischbetrieb (FTF und Personen) ist in jedem Fall eingehend zu besprechen und bedarf unter Umständen auch spezielle Sicherheits-Features in den FTF (Erkennen von

132

3 Stand der Technik

Personen im Aufzug und situationsbedingtes Platzmachen, damit die Personen den Aufzug verlassen können). Die Anforderungen, die aus FTS-Sicht an einen Aufzug zu stellen sind, teilen sich in mechanische und steuerungstechnische Anforderungen. Die mechanischen sind: • Die lichte Länge sowie die lichte Breite des Fahrkorbs errechnen sich aus der größten Länge bzw. Breite eines FTF (samt angehobener Last) plus 1.000 mm. So hat ein eingefahrenes FTF zu allen Seiten des Fahrkorbs 500 mm Platz. Dieser Wert kann mit Sondergenehmigung der zuständigen Berufsgenossenschaft auf minimal 200 mm reduziert werden. • Die lichte Höhe muss die größte Höhe eines FTF (samt angehobener Last) plus 100 mm betragen. • Die lichte Türbreite ergibt sich aus der größten Breite des FTF (samt Last) und einem Randzuschlag von 200 mm an beiden Seiten. • Die geforderte Fußbodenqualität entspricht die dem FTS-gerechten Boden. • Der Höhenunterschied zwischen Kabine und festem Boden darf max. ± 5 mm betragen. Der Aufzug darf nicht absacken eventuell ist ein Niveauausgleich erforderlich. • Das Spaltmaß zwischen Kabinen- und festem Boden darf 30 mm nicht überschreiten. Die Aufzugsschnittstelle ist die Verbindung zwischen dem FTS-Leitrechner und der Aufzugssteuerung. Darüber beauftragt das FTS den Aufzug und bekommt Zustandsmeldungen. Die Übertragung von Informationen erfolgt über potentialfreie Ein- und Ausgänge. Der FTS-Lieferant setzt für jeden Aufzug einen eigenen Schaltkasten, in dem auf einer Klemmleiste die Signale zum/vom Aufzug anliegen. Folgende typische Signale kommen vom FTS an den Aufzug: • Anforderung Automatikbetrieb • Fahre nach Startetage, also der Etage, von der die Transportfahrt starten soll • Fahre nach Zieletage, also der Etage, auf der die Transportfahrt enden soll • Aufzugstür darf nicht schließen. Folgende Signale kommen typischerweise vom Aufzug zum FTS: • Automatikbetrieb • Aufzug angekommen auf Startetage; die Tür ist geöffnet • Aufzug angekommen auf Zieletage; die Tür ist geöffnet • Aufzugsstatus: Betriebsbereit • Aufzugsstatus: Kein Feueralarm.


133

Folgende Randbedingungen sind einzuhalten: • Im FTS-Betrieb darf der Aufzug nicht durch die Etagen-Ruftasten oder Tableaus in der Kabine bedienbar sein. • Während der Ein- und Ausfahrt durch das FTF darf der Aufzug keine Bewegung ausführen, insbesondere nicht die Tür schließen. • Die Aufzugstür muss sofort nach Ankunft auf der Zieletage automatisch öffnen. • Im Brandfall müssen die Aufzüge ohne FTS-Leitsteuerung funktionieren. Die FTSLeitsteuerung übernimmt in diesem Fall nicht die Steuerung der Aufzüge. • Es ist mit den örtlichen Genehmigungsstellen zu klären, ob der FTS-Betrieb außen auf den Etagen und/oder im Innern der Kabine optisch (Lampe oder Anzeige) signalisiert werden muss.

3.4.3.3

Andere automatische Fördersysteme

Unter Umständen arbeiten in der direkten Umgebung des FTS noch andere automatische Fördersysteme. Das können Krananlagen an der Decke ebenso sein wie Gleiswagen bzw. andere Schienenfahrzeuge am Boden. Die Zusammenarbeit von FTS mit Krananlagen muss hinsichtlich der Überlappungen der Arbeits-/Fahrbereiche überprüft werden. Hängende Kranhaken oder auch -lasten werden von den üblichen Personenschutzscannern am FTF nicht erkannt! Soll ein Lastwechsel von FTF auf Kran und/oder umgekehrt realisiert werden, sind die dazu erforderlichen Schnittstellen projektspezifisch zwischen den Beteiligten abzustimmen. Müssen die FTF Gleisanlagen oder andere Unterflursysteme überqueren, muss ein Signalaustausch jegliche Kollisionen vermeiden. Außerdem ist darauf zu achten, dass die Anforderungen an den Boden bzw. Koppel-Sensorik und Bremsweg eingehalten werden.

3.4.4 Mensch und FTF Und wie läuft das Zusammenspiel zwischen dem Mensch und den automatischen Fahrzeugen? Das hängt davon ab, ob es überhaupt eine Schnittstelle gibt und wenn ja, mit was für Menschen gerechnet werden muss. Wir unterscheiden drei Fälle.

3.4.4.1

Abgeschottete Bereiche

Es gibt den seltenen Fall, dass der Einsatzbereich des FTS von dem der Menschen abgegrenzt ist, der Arbeitsbereich also abgeschottet ist. Mechanische Grenzen, wie Zäune, oder virtuelle Begrenzungen, wie Lichtvorhänge, halten das Layout des FTS frei von unbefugten Personen. Die sicherheitstechnische Situation ist mit der vergleichbar, die wir von den Arbeitsbereichen der Industrieroboter kennen sobald ein Mensch, oder auch nur ein Arm in diesen Bereich eindringt, gibt es einen Alarm und die Anlage steht. Nun gibt es solche Fälle im Indoor-Einsatz kaum. Denn hier geht es ja gerade um die Mitbenutzung der Wege durch die FTF. Ganz unsinnig ist eine Trennung von Wegen aber auch hier nicht. Es mag möglich sein, einige spezielle Fahrwege für die FTF zu reservieren, vielleicht, um damit relativ lange Strecken mit überhöhter Geschwindigkeit zurückzulegen.

134

3 Stand der Technik

Im Außenbereich ist die Schaffung von expliziten FTF-Strecken oder ganzen Bereichen durchaus üblich. Wir haben weiter vorne gelernt, dass es im Außenbereich Einschränkungen des FTS-Einsatzes aufgrund von fehlender Sicherheitstechnik gibt. So ist es hier in jedem Fall ratsam, genau zu prüfen, ob nicht eine Trennung der Wege möglich ist. Dann kann auch ohne eine wirksame Sicherheitstechnik gefahren werden, was die große FTS-Anwendung (74 Diesel-elektrische FTF für Seecontainer) im HHLA24-Container-Terminal Altenwerder in Hamburg beweist. In solchen Fällen erübrigt sich die Frage nach der Schnittstelle zum Menschen.

3.4.4.2

Mitarbeiter

Für den Indoor-Bereich ist es selbstverständlich, dass die automatischen Fahrzeuge sich die Wege mit den Mitarbeitern teilen. Wir sprechen von Anwendungen der Intralogistik, wo es bestimmte Vorstellungen bezüglich der Mitarbeiter gibt zumindest hinsichtlich der hier besprochenen Thematik. Ein Mitarbeiter ist ein erwachsener gesunder Mensch, der sich verantwortungsvoll im Betrieb bewegt. Er ist im Umgang mit dem FTS unterwiesen und hat sich an die automatischen Verkehrsteilnehmer gewöhnt. So sind die Intralogistik-Anwendungen auch sicherheitstechnisch beherrschbar. Die Mitarbeiter wissen, wie sich die FTF bewegen und wo sie langfahren. Es lehrt die Erfahrung, dass die Mitarbeiter sich innerhalb der ersten zwei Einsatzwochen des FTS selbst davon überzeugen, dass die Sicherheitssensorik auch auf ihre Person reagiert. In dieser Zeit kommt es zu unverhältnismäßig vielen Stopps, manchmal sogar mit Einbußen bei der Systemleistung. Danach gibt es kaum noch Probleme beim Umgang mit dem FTS. Für die Mitarbeiter, die als Fußgänger unterwegs sind, legen die FTF ein leicht vorhersagbares und angenehmes Verhalten an den Tag: • Die normale Fahrgeschwindigkeit der Fahrzeuge beträgt meist 1 m/s (= 3,6 km/h), was der üblichen Gehgeschwindigkeit der Mitarbeiter entspricht. So kommt es nicht zu der Situation, dass Mitarbeiter von hinten durch die Fahrzeuge erschreckt werden. • Die FTF fahren immer exakt die gleichen Wege und umfahren auch keine Hindernisse. Wenn Mitarbeiter auf dem Fahrweg den FTF im Weg stehen, stoppen diese sanft bis zum völligen Halt und warten solange, bis der Weg frei ist. Dann fahren die FTF selbständig wieder an. • Die FTF werden den Mitarbeitern erfahrungsgemäß sympathischer, wenn sie Namen haben. Es gibt Anlagen, deren drei Fahrzeuge Tick, Trick und Track heißen. Aber auch die Vornamen der obersten Chefs sollen schon an FTF vergeben worden sein. • Elektrische Fahrzeuge fahren nahezu lautlos, was nicht immer gewollt ist. Eine Alternative zum nervtötenden Dauerbimmeln ist der Einbau von Autoradios in die FTF. Dann muss sich die Belegschaft nur noch auf einen Sender einigen, und die Fahrzeuge sorgen für Information und gute Laune und sind unisono rechtzeitig zu bemerken.

24

HHLA = Hamburger Hafen und Logistik AG


135

Für Gabelstapler-Fahrer stellt sich die Situation mitunter anders da. Die Fahrerlosen Transportfahrzeuge gelten oft als Jobkiller. Hier geht es also darum, frühzeitig, d. h. lang vor der FTSEinführung über den Sinn und Zweck der Maßnahmen zu informieren. Die Zusammenarbeit von Gabelstaplern und FTF kann sehr gut funktionieren. Voraussetzung ist, dass die Gabelstapler-Fahrer wollen. Zu Kollisionen kommt es nur, wenn die Gabel des Staplers das FTF aufspießt, und dabei z. B. den teuren, aber empfindlichen Personenschutzscanner außer Gefecht setzt. Dabei ist bei entsprechender Rücksichtnahme ein problemloses Miteinander möglich, weil der Gabelstapler-Fahrer aufgrund seiner erhabenen Sitzposition das Bewegungsverhalten der FTF sehr gut einschätzen kann.

3.4.4.3

Publikumsverkehr

Es gibt Einsatzfälle, da gibt es neben eingewiesenen Mitarbeitern und geschultem Personal noch weitere Personenkreise, die mit den FTF in Kontakt kommen. Als Beispiel sei hier die Krankenhauslogistik angezogen, wo es stellenweise immer wieder Publikumsverkehr gibt. Der weitaus größte Streckenanteil im Krankenhaus wird sicher abseits der Patientenwege verlaufen aber ausschließen kann man das nicht. Dann begegnet ein FTF plötzlich frisch-operierten Patienten mit Infusionsständern oder Rollatoren, die sicher in ihren Bewegungen eingeschränkt sind. Neugierige Kinder oder krabbelnde Kleinkinder sind auch nicht auszuschließen. Solche Situationen stellen sicher eine große Herausforderung für die Sicherheitstechnik der FTF da. Eine berufsgenossenschaftliche Zulassung eines Personenschutzscanners verliert hier seine Bedeutung, weil wir uns eben abseits des Definitionsbereiches bewegen. Hier sind organisatorische und technische Maßnahmen zu treffen, um größtmögliche Sicherheit zu garantieren, ohne dass die Systemleistung des FTS zu sehr leidet.

136

4 Die ganzheitliche FTS-Planung Zunächst muss deutlich sein, dass das Adjektiv ganzheitlich hier bewusst und dialektisch korrekt verwendet wird. Die FTS-Planung soll hier wie auch in der noch mehrfach zu zitierenden VDI-Richtlinie 27101 umfassend dargestellt werden; es sollen also alle Schritte der Planung angesprochen werden, beginnend mit den ersten Vorüberlegungen und endend mit der Außerbetriebsetzung der Altanlage. Natürlich werden wir uns hier auf die FTS-Aspekte beschränken allgemeine Darstellungen zum Themengebiet Projektmanagement gibt es zur Genüge. Wir haben in den vorigen Kapiteln das FTS als ein Organisationsmittel kennengelernt, das eine integrative Rolle im intralogistischen Umfeld spielt. Es entstehen viele Berührungspunkte also technische oder organisatorische Schnittstellen mit neben-, unter- oder übergeordneten Themen und Gewerken, so dass der Planer schnell merkt, dass er sich mit viel mehr als nur die reine FTS-Technik beschäftigen muss. Bis heute und wir sprechen weiterhin über die dritte FTS-Epoche haben wir es fast ausschließlich mit einem Projektgeschäft zu tun. Es gab und gibt immer wieder Überlegungen, das FTS, oder zumindest bestimmte FTF-Baureihen, wie ein Produkt zu vermarkten, bis heute aber wenig erfolgreich. Es gibt wohl kaum zwei gleiche Anlagen; auch Folgeprojekte unterscheiden sich erfahrungsgemäß immer. Es ist also ein handfestes Projekt mit vielen Facetten, wenn es um die Planung von Fahrerlosen Transportsystemen geht. Damit soll keine Angst ausgelöst, sondern nur die Bedeutung der FTS-Planung ins rechte Licht gerückt werden.

4.1 Die Bedeutung der Planung in FTS-Projekten Fahrerlose Transportsysteme stellen sich unterschiedlich komplex dar. Die Spannweite der Realisierungen reicht: • von einfachen Low-Cost-Systemen bis zu High-End-Lösungen der Intralogistik, • von Anlagen mit nur einem bis weit über hundert Fahrzeugen, • von Innen- bis zu Außeneinsatz, • von funktional einfachen (Transport von A nach B) bis zu komplexen Systemen, die über die reine Transportaufgabe hinaus weitere anspruchsvolle Funktionen erfüllen, • von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bis zum intelligenten Taxibetrieb, • von sehr kleinen bis zu sehr großen Fahrzeugen (die Lastgewichte reichen von wenigen Kilogramm bis zu 100 Tonnen). Die Aufgabenstellung des Anwenders kann von einfachen Punkt-zu-Punkt Transportaufgaben bis zur Umsetzung umfassender logistischer Betriebskonzepte reichen, wobei das FTS lediglich eine Komponente innerhalb eines Produktions-, Lager- oder Distributionsbereiches darstellt. Vom Grad der Einbindung in den Gesamtbetrieb und dem Umfang der Aufgabe hängt zwangsläufig auch die Planungstiefe ab. Bei wachsender Komplexität geht es neben der reinen 1

VDI 2710 Ganzheitliche Planung von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS), Düsseldorf März 2009.


4.1 Die Bedeutung der Planung in FTS-Projekten

137

FTS-Funktionalität zunehmend um Fragen der angemessenen Modifikation von z. B. Gebäuden, Lager, Montagelinien, Produktionsmaschinen etc. Also gilt es, die logistische Lösung in ein Gesamtkonzept einzubetten, wobei diverse Schnittstellen zu neben-, über- und untergeordneten Systemen berücksichtigt werden müssen. Wie bei jedem Projekt geben neben den rein technischen, prozessualen und infrastrukturellen Gesichtspunkten wesentlich die wirtschaftlichen Aspekte den äußeren Rahmen der Planung vor. Für die erforderlichen Investitionen werden sorgfältige Wirtschaftlichkeitsnachweise benötigt. Alternative Finanzierungsmodelle müssen geprüft werden. Darüber hinaus wird der FTS-Planer häufig mit sekundären Fragestellungen beschäftigt, die im täglichen Planungsgeschäft eher selten sind: Das Projekt hat z. B. Außenwirkung (innerhalb des Firmenverbundes oder sogar auf die Branche) oder aber Konsequenzen für die Mitarbeiter (soziale oder arbeitsrechtliche), so dass es von dritter Seite intensiv beobachtet wird. Deshalb ist es für den Planer vom ersten Moment an wichtig, dem ganzheitlichen Aspekt seiner Aufgabe Rechnung zu tragen, damit das FTS-Projekt erfolgreich wird. Denn es gilt, alle relevanten Aspekte mit der nötigen Gewissenhaftigkeit zu berücksichtigen und in kausalen Zusammenhang zu bringen. Letztlich ist die FTS-Planung durchaus komplex und anspruchsvoll. Nicht jeder potentielle Anwender verfügt in den eigenen Reihen über das notwendige Knowhow bzw. über die erforderlichen Kapazitäten/Ressourcen, was externe Planungsunterstützung sinnvoll macht. Zu oft führt das Dilemma zwischen Komplexität der Planung und mangelnden Ressourcen dazu, dass die eigentlich sinnvolle FTS-Lösung zugunsten einer einfachen Transportlösung (z. B. mit konventionellen manuellen Flurförderzeugen) aufgegeben wird, womit jedes Mal eine große Chance zur Effektivitätssteigerung vertan wird.

4.1.1 Ressourcen-bestimmende Kriterien Wie viele Ressourcen erfordert ein FTS-Projekt? Sicher hängt die optimale FTS-Planung von vielen Faktoren ab. Zu diesen Faktoren gehören: • Umfang des Gesamtprojektes: Handelt es sich um eine reine FTS-Planung (Stand-alone Projekt) oder ist das FTS nur ein Gewerk im Gesamtverbund eines größeren Materialfluss-Projektes? Wird das FTS separat ausgeschrieben oder soll es im Paket mit anderen Systemen verhandelt und vergeben werden? • Neu- oder Modernisierungsplanung: Häufig findet man auch die Begriffe Greenfield-Projekt und Brownfield-Projekt. Unter einem Greenfield-Projekt versteht man die Neu-Errichtung einer baulichen Anlage (sozusagen auf der grünen Wiese), während ein Brownfield-Projekt den Aufbau eines neuen Projektes auf oder in einer vorhandenen Struktur aus früherer Nutzung bedeutet. Davon hängt sicher entscheidend ab, wie sehr die angrenzenden Systeme an das FTS angepasst werden können, bzw. inwieweit sich das FTS in bestehende Strukturen integrieren muss. • Budget: Die Höhe des Projekt-Budgets wird auch die Planung beeinflussen. Letztlich ist das Budget auch ein Maß für die Komplexität des Projektes.

138

4 Die ganzheitliche FTS-Planung

• Auswirkungen in der Intralogistik: Wie groß sind die Auswirkungen des FTS-Einsatzes auf den Betriebsablauf und auf andere Gewerke? Je vernetzter sich die Systeme darstellen, desto höher werden die Anforderungen an eine ganzheitliche Planung. • Bedeutung des FTS-Einsatzes für den logistischen Prozess: Wie groß wird die Abhängigkeit von der funktionierenden FTS-Lösung sein? Führt ein FTS-Ausfall zum Stillstand der Produktion oder der Auslieferung? Bestimmt die Verfügbarkeit des FTS direkt die Leistungsfähigkeit der gesamten Produktion? • Bestehende Erfahrungen mit FTS: Ganz generell gilt, dass es Unternehmen, die bereits FTS im Einsatz haben, leichter fällt, neue Systeme zu planen. Oft ist dieser Vorteil personenbezogen. Nach diesen Kriterien werden die Ressourcen für die Planung zugeteilt. Denn ohne die entsprechenden Ressourcen ist keine sorgfältige FTS-Planung möglich. In diesem Zusammenhang sei auf die häufig gestellte Frage eingegangen, wie lange denn ein FTS-Projekt dauert. Natürlich kann hier aufgrund der mehrdimensionalen Spannweiten des Vorhabens nur ein grober Hinweis gegeben werden. Man rechnet für die reine Herstellung, Lieferung und Inbetriebnahme eines FTS eine Zeitdauer von sechs Monaten. Addiert man die Spanne der Ausschreibung, also beginnend von den ersten Seiten des Lastenheftes bis zur Auftragsvergabe, mit ca. drei Monaten hinzu, beträgt die eigentliche Projektlaufzeit leicht neun Monate. Hinzu kommt die Zeit der Vorüberlegungen, also die Konzeptfindung. Als grober Daumenwert kann also ein Jahr angenommen werden.

4.1.2 Organisation des Projektteams Danach sowie aufgrund von branchen- und/oder unternehmensspezifischen Besonderheiten wird auch entschieden, wer die einzelnen Planungsaufgaben letztlich durchführt und verantwortet: • Eigenverantwortliche Planung ohne/mit externer Unterstützung Die Eigenplanung wird durch firmeneigene oder beauftragte externe Mitarbeiter durchgeführt. Hierbei ist zu beachten, dass die Mitarbeiter über detailliertes Wissen der vorhandenen Abläufe und internen Prozesse verfügen müssen, ansonsten wird eine zeitaufwendige Einarbeitung notwendig. Natürlich stehen sie durch die Planungsarbeit nicht oder nur eingeschränkt dem übrigen operativen Geschäft zur Verfügung. Bei größeren Projekten, die zum ersten Mal anstehen, empfiehlt sich die Unterstützung durch Externe. • Lieferanten-Planung Die Planung kann auch direkt durch den FTS-Hersteller erfolgen, wobei diese Vorgehensweise die Gefahr birgt, dass nur eine sub-optimale Lösung gefunden wird, da der Hersteller oft nur auf sein eigenes Lieferprogramm bei der Planung zurückgreifen wird. Außerdem muss man sich sehr früh für einen Lieferanten entscheiden. Bei einer derartigen Planung liegt die Erfüllung der spezifizierten Leistungsdaten und Eigenschaften alleine in der Verantwortung des Lieferanten. Im Allgemeinen liegt einem solchen Vorgehen eine so genannte funktionale Ausschreibung zu Grunde, die eine logistische Aufgabe beschreibt, die Lösung bis auf eventuelle Hauptkomponenten oder das Transportprinzip offen lässt. Die Lieferanten-Planung ist sinnvoll, wenn dieser Lieferant für ähnliche Aufgabenstellungen im eigenen Unternehmen bereits Lösungen geliefert und sich selbst damit

4.2 Planungsschritte

139

eindringlich empfohlen hat. Sein Erfahrungsvorsprung gegenüber anderen Anbietern spricht zusätzlich für eine solche Lösung. • Generalunternehmer-Projekt Eine andere Verteilung der Verantwortlichkeiten kann durch die Vergabe an einen Generalunternehmer erreicht werden. Bei diesem Vorgehen, das sich bei komplexeren Projekten anbietet, werden alle Teilgewerke des Gesamtprojektes (z. B. Baumaßnahmen, Stahlbau, Maschinenbau und Anlagen, etc.) an einen projektverantwortlichen Partner übergeben. Dieser kann einzelne Gewerke wiederum an Sub-Lieferanten vergeben. Kennzeichnend ist jedoch, dass gegenüber dem Kunden nur ein Vertragspartner auftritt, der für die Leistungserfüllung der Gesamtanlage verantwortlich ist. Die ganzheitliche Planung wird durch den Generalunternehmer gewährleistet, der hierzu jedoch externe Fachplaner hinzuziehen kann. • Mischformen aus obigen.

4.2 Planungsschritte Wir gliedern die FTS-Planung gemäß der VDI 2710. Erstens, weil es a priori sinnvoll ist, ein geltendes technisches Regelwerk inhaltlich zu akzeptieren, zweitens auch, weil der Verfasser wesentlich bei der Erstellung der Richtlinie mitgewirkt hat. Deshalb wäre es auch unglaubwürdig, wenn diese Seiten von der Richtlinie inhaltlich abweichen würden, da die Erstellung ja nur 18 Monate auseinanderliegt. Die VDI 2710 wendet sich an Interessenten, Planer, Betreiber und Hersteller, kann als Planungsgrundlage für FTS-Projekte dienen und soll das gegenseitige Verständnis fördern. Tabelle 4-1 Die Planungsphasen eines FTS nach VDI 2710 Pos.

Bezeichnung

Ergebnis

1

Systemfindung

Systementscheid wurde für das FTS gefällt. Der Wirtschaftlichkeitsnachweis ist erbracht.

2

Systemausplanung

Lastenheft liegt vor.

3

Beschaffung

FTS ist installiert und betriebsbereit.

4

Betriebsplanung

FTS wird zuverlässig betrieben.

5

Änderungsplanung

FTS wird verändert.

6

Außerbetriebsetzung

FTS wird entsorgt.

Wie jedes Projekt erfordert auch die Realisierung eines Fahrerlosen Transportsystems eine schrittweise, jederzeit überprüfbare und abgestimmte Vorgehensweise. Zu Beginn stehen Überlegungen zur Art und Umfang des Vorhabens, zum beabsichtigten Realisierungsmodell, also der Frage nach kompletter Neugestaltung oder Integration und Ausbau vorhandener Strukturen, und zu den finanzwirtschaftlichen Rahmenbedingungen. So wird ein Drehbuch, ein Szenario für das geplante Projekt erstellt und beschrieben, das neben der originären Aufgabe vor allem alle Vernetzungspunkte im Betrieb betrachten muss.

140


Da nicht immer von einem reibungslosen Betrieb, vor allem beim Projektanlauf, ausgegangen werden kann, ist es sinnvoll, auch die Einflüsse von Ausfällen zu betrachten und Handlungsalternativen vorsorglich zu erarbeiten. Wenn das Projekt von den Ideengebern im Vorfeld hinreichend beschrieben wurde, geht es im folgenden Schritt um die sachgerechte Organisation des Vorhabens. Der Aufbau eines Projektteams orientiert sich dabei an der vorgesehenen Planungsvariante, also daran, ob das Projekt im Wesentlichen in Eigenverantwortung, in der Verantwortung eines Lieferanten oder der eines Generalunternehmers liegt. In Verbindung mit der Frage, ob Experten von außerhalb hinzugezogen werden sollen, bestimmt dies den Grad des Engagements eigenen Personals und vor allem die Auswahl eines kompetenten Kreises von Mitarbeitern. Die Planungsphasen bauen zwar logisch aufeinander auf. Nur in seltenen Fällen wird man die einzelnen Schritte allerdings sukzessive nacheinander abarbeiten können. Oft werden Korrekturen in vorher liegenden Planungsphasen erforderlich werden. Solche Rückkopplungen können zum Beispiel sein: • Bei der technischen Feinplanung bemerkt der Planer, dass technische Details das gesamte Konzept in Frage stellen; Beispiel: Ex-Schutz der FTF erforderlich. (4.2.2 -> 4.2.1). • Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen werden von der Unternehmensleitung nicht akzeptiert; das Konzept muss geändert werden (4.2.2 -> 4.2.1). • Die Analyse des Marktes geht nicht mit dem Lastenheft konform (4.2.3 -> 4.2.2). • Die Angebote entsprechen nicht den angenommenen Budgetplanungen (4.2.3 -> 4.2.2). • Die laufenden Kosten sind aufgrund besonderer technischer Details zu hoch (4.2.4 -> 4.2.2). • Die kalkulierten Ersatz- und Erweiterungsinvestitionen sprengen jeden Rahmen (4.2.5 -> 4.2.1 oder 4.2.2).

4.2.1 Systemfindung Ziel dieser Phase ist es, eine Entscheidung für das FTS zu fällen. Wenn das Ergebnis der Konzeptfindung gegen ein FTS, aber für eine alternative Fördertechnik ausfällt, endet die FTSPlanung bereits hier. Hier sollen also Kriterien genannt werden, deren Prüfung zu einem Systementscheid Für oder Gegen ein FTS führt.

4.2.1.1

Ist-Analyse

Primäre Zielsetzung einer Ist-Analyse ist die Generierung von Ausgangsdaten für die Planung sowie die Ermittlung von Schwachstellen. Die aus der Ist-Analyse gewonnene Information stellt den Ausgangspunkt für die daran anschließende Planungs- und Realisierungsschritte dar. Bei der Planung von Materialflusssystemen werden zur zukunftsorientierten Auslegung von Systemen und Organisationsformen höchste Anforderungen an die Ist-Analyse gestellt: • Abgrenzung von Randbedingungen • Erkennen vorhandener Potentiale • Plausibilitätskontrollen


141

• transparente Darstellung von Arbeitsabläufen • Bereitstellung von Kennzahlen zur Optimierung von Material-, Informations-, Energie- und Personalflüssen • Zusammenstellen von Informationen bei maximalem Informationsgehalt • Gewährleistung größtmöglicher Planungssicherheit. Die im Rahmen der Ist-Analyse gewonnenen Planungsgrundlagen stellen dem Planer einen Pool von aussagekräftigen Kennzahlen zur Verfügung. Voraussetzung ist, dass die Ist-Analyse vom Untersuchungsumfang her klar definiert sowie geeignete Methoden und Hilfsmittel bei der Datenaufnahme eingesetzt wurden.

4.2.1.2

Bedarfsanalyse und Konzeptfindung

Der Bedarf einer neuen Lösung ergibt sich aus den Erfordernissen der Zukunft, den gemachten Erfahrungen in der Vergangenheit und der aktuell durchgeführten Ist-Analyse. • Vergangenheit: gesammelte Erfahrungen Dieser Punkt entfällt bei Neuplanungen. Ansonsten konnte man beim Betrieb der bestehenden Anlage, die keine FTS-Lösung sein muss, umfangreiche Erfahrungen sammeln. Dies sind sowohl quantifizierbare Erfahrungen, die in die Ist-Analyse einfließen können, als auch qualitative Erfahrungen, die mit der Akzeptanz und Aktualität der eingesetzten Technik zu tun haben. • Gegenwart: Ist-Analyse Die Ist-Analyse ist die offizielle Zusammenfassung der vorgefundenen Situation und damit ein wichtiger Datenstamm für die Dokumentation des Projektes. • Zukunft: Plandaten der Unternehmensentwicklung Zunächst gilt es, verlässliche Plandaten als Planungsvorgaben zu vereinbaren. Dies muss mit allen maßgeblichen Stellen im Unternehmen geschehen. Da es immer wieder vorkommt, dass technische Planungen an den Erfordernissen vorbei laufen, weil sich die Plandaten im Laufe des Projektes verändern, ist es wichtig, diese zu Beginn und während eines jeden Projektes festzuhalten. Letztlich hat dieser Planungsschritt einen weichenstellenden Charakter. Es werden unterschiedliche Lösungskonzepte durchgespielt und miteinander verglichen. Typische Fragestellungen sind: • Höhe des Automatisierungsgrades • Getaktete Linien, Inselkonzept oder Fließlinien • Anordnung des Materials, logistisches Konzept • Technische Ausrüstung der Fertigungseinrichtungen, Ladehilfsmittel. Eine Materialfluss-Simulation kann hier hilfreich sein. Wenn die Planung vorsieht, mit dem Projekt den Automatisierungsgrad deutlich zu erhöhen, dann sollte die Bedarfsanalyse ruhig visionäre Aspekte haben. Hier können z. B. allgemeine Ziele formuliert werden, die zunächst nicht einfach monetär bewertbar sind: • Die staplerfreie Fabrik (keine Beschädigungen durch konventionelle Stapler) • Mehr Sauberkeit und Ordnung in der Produktion

142


• Prozesssicherheit durch kontrollierte Abläufe • Positive Außenwirkung auf Kunden und Partner • Wertsteigerung des Standortes durch hohe Qualität, Leistung und Zuverlässigkeit.

4.2.1.3

Rahmendaten

Bei der Sammlung der Rahmendaten unterstützt die VDI-Checkliste. Die ausgefüllte FTSCheckliste dient zur vollständigen Aufnahme aller relevanten Daten, die zur Ausarbeitung eines Lastenheftes erforderlich sind. Sie ist unterteilt: • Allgemeine Beschreibung der Aufgabenstellung • Fördergut, Förderhilfsmittel und Ladeeinheit • Lastbereitstellung • Layout • Materialfluss mit Quelle/Senke-Matrizen • Energiesystem • Steuerung mit Analyse der Informationsflüsse • Umgebung • Spezielle Anforderungen. Die Richtlinie VDI 2710 Blatt 2 FTS Checkliste stellt eine Planungshilfe für Betreiber und Hersteller von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) dar. Sie enthält einen Katalog aller relevanten Planungsdaten zur Beschreibung der Planungsaufgabe und des Planungsumfeldes. Diese Checkliste umfasst die Informationen, die der spätere Betreiber des FTS zusammentragen muss, damit er einerseits Klarheit über den geplanten FTS-Einsatz und dessen Organisation bekommt und andererseits dem Hersteller detaillierte Auskunft über das Anforderungsprofil an die Fördertechnik geben kann. Wir verweisen auf diese Richtlinie; sie ist im Übrigen zwar für FTS geschrieben, kann aber wohl grundsätzlich auch für andere Techniken verwendet werden, muss dann aber im Detail angepasst werden.

4.2.1.4

Systemauswahl

Zusammen mit den Rahmendaten und der Bedarfsanalyse liegen jetzt die Basisdaten für eine Systementscheidung vor. Diese helfen bei den notwendigen grundsätzlichen Überlegungen hinsichtlich des zu planenden Ablaufes. Beispiele für diese grundsätzlichen Erwägungen können sein: • angestrebter Automatisierungsgrad • Logistikkonzept • Auswahl eines Ladehilfsmittels. Letztlich ist über das einzusetzende Fördersystem zu entscheiden. Die Auswahl wird aufgrund von technischen sowie wirtschaftlichen Erwägungen getroffen.


143

Technische Systemauswahl Bei der Entscheidung über das geeignete Fördersystem auf technischer Basis hilft eine weitere VDI-Richtlinie2. Sie gibt dem Logistikplaner Hilfestellung bei der technischen Auswahl eines Fördersystems. Sie führt ihn durch Ausschluss der Fördertechniken, die sich für seine Aufgabenstellung disqualifizieren, zu einer Auflistung von für seine Aufgabe geeigneten Fördersystemen. Die Richtlinie stellt damit sicher, dass alle gängigen Fördersysteme bei der Auswahl berücksichtigt werden. Durch die Beschreibung der Hauptmerkmale, Eigenschaften und Eignungen der Transporteinrichtungen erhält der Planer wichtige Hinweise für die sachgemäße Auswahl. Damit wird die Beurteilung der gängigen Fördersysteme durch den Planer ermöglicht. Mit der Richtlinie wird ein Excel-Tool zur Verfügung gestellt, das die Tabellen aus der Richtlinie umsetzt und damit das Anwenden der Richtlinie erleichtert. Die Definitionen und Erläuterungen zum Verkettungsprinzip und zu den relevanten Rahmendaten sind in der Richtlinie dargelegt. Dieses Excel-Tool ist verblüffend einfach, ist auch nicht für den ausgemachten FTSExperten gedacht, sondern eher für den Themenneuling und ist besonders als Schulungswerkzeug geeignet. Wirtschaftliche Systemauswahl Um auch die wirtschaftliche Seite der Systemauswahl mit einer VDI-Richtlinie zu unterstützen, sei die VDI 44503 empfohlen: Sie wendet sich vor allem an Investitionsplaner, die vor der Aufgabe stehen, die Wirtschaftlichkeit Fahrerloser Transportsysteme ganzheitlich zu bewerten. Die beschriebene erweiterte Wirtschaftlichkeitsanalyse besteht aus den Teilen Wirtschaftlichkeitsrechnung, Nutzwertanalyse und Gesamtbewertung. Sie eignet sich für Fahrerlose Transportsysteme und andere Investitionsgüter, die durch hohe Anschaffungskosten, eine lange Nutzungsdauer und viele monetär nicht oder nur schwer quantifizierbare Eigenschaften gekennzeichnet sind. Eine Übersicht nennt und erläutert verschiedene Kostenarten für eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsrechnung einschließlich Hilfen zur Ermittlung von Richtwerten für die Kostenarten. An einem Beispiel werden dynamische Verfahren der Wirtschaftlichkeitsrechnung beschrieben. Die Nutzwertanalyse bindet Kriterien in die erweiterte Wirtschaftlichkeitsanalyse ein, die sich nicht oder nur mit unvertretbar hohem Aufwand monetär quantifizieren lassen. Sie sind in der Richtlinie strukturiert aufgelistet. Abschließend wird gezeigt, wie auf der Basis der Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsrechnung und der Nutzwertanalyse eine Gesamtbewertung vorgenommen werden kann. Da die erweiterte Wirtschaftlichkeitsanalyse insbesondere mit dynamischen Verfahren einen hohen Rechenaufwand erfordert, ist ein Computerprogramm beigefügt, das die Berechnungen nach Eingabe der Daten selbsttätig erledigt. Wirtschaftlichkeitsanalysen von bis zu drei Fördertechnik-Alternativen werden beziffert und graphisch dargestellt. Dabei unterscheidet man neben den Investitionen die direkten und indirekten Kosten, sowie den Zusatznutzen (siehe Tabellen 4-2 bis 4-5).

2

VDI 2710 Blatt 1 Ganzheitliche Planung von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Entscheidungskriterien für die Auswahl eines Fördersystems

3

VDI 4450 Analyse der Wirtschaftlichkeit Fahrerloser Transportsysteme (FTS)

144


Tabelle 4-2 Investitionen in einer FTS-Kalkulation Position

Beschreibung

FTS

Fahrzeuge, Leitsteuerung, Bodenanlage, Projektbezogene Dienstleistung

Systemperipherie

Lastübergabestationen, Puffer, sofern dem FTS und nicht der stationären Fördertechnik anzurechnen

Bauliche Maßnahmen

Bodensanierung, Schutzvorrichtungen, Anpassung von Brandschutztoren, Brücken und Rampen

Einbindung in vorhandene Strukturen

Schnittstellen zu über-, unter- oder nebengeordneten Steuerungen, Integration von automatischen Waagen, Scannern etc.

Tabelle 4-3 Direkte Kosten in einer FTS-Kalkulation Position

Beschreibung

Instandhaltung

Durch die gleichmäßige und schonende Fahrweise wird der Verschleiß von Reifen, Batterien, Antrieben usw. minimiert.

Energie

im Wesentlichen der Ladestrom für die Traktionsbatterien

Personal des Anlagenbetriebes

nur auf das Transportsystem bezogen; Leitstandpersonal nur anteilig!

Steuern und Versicherungen Transportschäden am Produkt

ein automatischer Transport minimiert die Transportschäden. Zu berücksichtigen sind Material, Mehrarbeit und Nacharbeit, aber auch Kundenreklamationen.

Transportschäden an betrieblichen Einrichtungen

wie Ladehilfsmittel, Säulen, Wände, Gestelle, Regale, Tore

Tabelle 4-4 Indirekte Kosten in einer FTS-Kalkulation Position

Beschreibung

Personalkosten in angrenzenden Bereichen

ggf. erforderliche Staplerfahrer, Personal für Palettenbereitstellung und für die Feinverteilung

Lagerbestände

durch die Verbesserung des Informationsflusses und die hohe Verfügbarkeit können die Lagerbestände verringert werden.

Materialbestände in der Fertigung Durchlaufzeit

Die Auftragsdauer wird verringert und die Auftragsdichte erhöht damit steigt die Effektivität der Produktion.


145

Tabelle 4-5 Zusatznutzen eines FTS Position

Beschreibung

Flexibilität und Anpassungsfähigkeit

Flexible Flächennutzung, Anpassung an Transportschwankungen, Materialfluss- und Layoutänderungen.

FTS als Organisationsmittel

Die Leitsteuerung sorgt für optimalen Material- und Informationsfluss und damit für mehr Transparenz.

Minimierung der Fehllieferungen

Die Automatisierung sorgt für absolut zuverlässige Transporte und eine hohe Prozesssicherheit.

Sicherheit

Das FTS arbeitet sicher und unfallfrei.

Ordnung und Sauberkeit

Der Stress wird reduziert, und es entsteht eine angenehme Umgebungsatmosphäre.

Verfügbarkeit und Kontinuität

Das FTS arbeitet unspektakulär, ohne Unterbrechung, ohne jegliche Hektik.

Ökologischer Nutzen

Niedriger Schallpegel, keine Emissionen, geringer Energieverbrauch.

Ideelle Vorteile

Vorzeigefertigung, Imagewirkung nach innen und außen, Technologievorsprung

Neben den in der VDI 4450 verwendeten Verfahren der Wirtschaftlichkeitsrechnung finden folgende Methoden häufig Verwendung: Return on Invest Betrachtung (ROI) Der Begriff Return on Invest (ROI) bedeutet finanztechnisch das Verhältnis von erzieltem Gewinn einer Investition zum investierten Kapital. Dieses Verhältnis kann sowohl auf eine definierte Zeitspanne als auch akkumuliert auf den gesamten Lebensweg der Investition bezogen sein. Zu beachten sind z. B. die Kosten für die Außerbetriebsetzung und Entsorgung von Anlagen, die nachträglich gewinnmindernd wirken. Bei der Benennung des ROI sollte also immer angegeben werden, mit welchen Rahmenbedingungen (Zeitspanne, Berücksichtigung welcher Kosten usw.) er bestimmt wurde. Unternehmensintern gibt es häufig Vorgaben. Umgangssprachlich wird Return on Invest auch im Sinne der Amortisationszeit verwendet, d. h. als Zeitdauer zwischen getätigter Investition und dem Zeitpunkt, an dem sich die dadurch erzielten Einnahmen auf die Höhe der Investitionssumme kumuliert haben. Total Cost of Ownership (TCO) Bei der Beurteilung verschiedener Lösungen zu einer technischen Fragestellung ergibt sich immer häufiger die Notwendigkeit, eine erweiterte Bewertung der Kosten vorzunehmen. Wurden z. B. bei einer Beschaffungsmaßnahme bei gleicher technischer Leistung der Alternativen bisher nur die verschiedenen Investitionshöhen verglichen, müssen in zunehmendem Maße auch die indirekt mit der Maßnahme verbundenen monetären Auswirkungen berücksichtigt werden, um hinsichtlich aller durch die Entscheidung induzierten Ausgaben eine optimale Lösung zu finden.

146


Die Methode Total Cost of Ownership TCO erweitert dabei den Blickwinkel über die reine Investition hinaus und ermöglicht es so, nachgelagerte Kosten zu definieren und zu quantifizieren, sowie Ansatzpunkte für eine Kostenoptimierung und die Vertragsverhandlungen zu geben. Bei der Planung von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) spielt aufgrund der relativ hohen Investitionen die Analyse der Wirtschaftlichkeit des Systems eine entscheidende Rolle. Die Argumente für den Einsatz eines FTS resultieren einerseits aus den niedrigen Betriebskosten und andererseits aus einem erheblichen Zusatznutzen. Dieser Zusatznutzen, z. B. die hohe Zuverlässigkeit der Auslieferung des Transportgutes, ist in vielen Fällen nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand monetär quantifizierbar. Da er aber ganz wesentlich die Wirtschaftlichkeit des Fördersystems bestimmt, darf er in einer Wirtschaftlichkeitsanalyse keinesfalls vernachlässigt werden. Wichtig: Am Ende der Systemausplanung sind die Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsrechnung nochmals zu überprüfen, weil der Detaillierungsgrad dann deutlich größer ist als vorher.

4.2.2 Systemausplanung Ziel dieser Phase ist es, das Projekt im Detail auszuplanen und ein aussagekräftiges Lastenheft zu erstellen sowie unternehmensintern die Wirtschaftlichkeit dieser Detailplanung anzupassen und damit nochmals zu überprüfen. Bei komplexen Systemen ist eine Simulation hilfreich, deren FTS-Spezifika hier kurz besprochen werden sollen. Zur Systemausplanung gehört ein wesentlicher Aspekt, der leider häufig vergessen wird: Die rechtzeitige Abstimmung mit Berufsgenossenschaft und Gewerbeaufsicht. Es sind rechtzeitig die mitbestimmenden Stellen (inner- und außerbetrieblich) bzgl. Arbeitsschutz und -sicherheit in die Planung mit einzubeziehen.

4.2.2.1

Die Simulation

Simulation ist das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind4. Im Unterschied dazu verwenden die statischen Betrachtungen Durchschnittswerte, z. B. von Durchlaufzeiten, der Auslastungen, Geschwindigkeiten usw. Die dynamischen Simulationen verwenden komplexere Verteilungen mit zeitlichen Schwankungen und Interaktionen. Außerdem werden Zufallszahlengeneratoren eingesetzt, um plötzliche und unerwartete Ereignisse nachzubilden. Eine Ablaufsimulation modelliert die gesamte Prozesskette des Materialflusses. Sie greift und liefert brauchbare Ergebnisse für folgende drei Bereiche: • Fertigungsplanung: Layoutplanung, Materialfluß- u. Fertigungssteuerung, Austaktung, Arbeitszeitmodelle und Ressourcenplanung • Werkslogistikplanung: Versorgungskonzept, Layout- u. Ressourcenplanung • Lieferketten-Planung: Auswahl des Zulieferers, JIT/JIS-Konzept, Lieferketten.

4

VDI 3633: Simulation von Logistik-, Materialfluß- und Produktionssystemen, März 2000


147

Bild 4-1 Simulation von Warentransportsystemen (Quelle: SimPlan)

Bezogen auf das FTS kann die Simulation folgende Ergebnisse liefern: • Überprüfung des logistischen Konzeptes (Leistungsfähigkeit und Auslastung) • Optimierung von Dispositionsstrategien bei Variation des Layouts oder der Steuerung • FTF-Anzahl • Dimensionierung von Lastübergabe- und Lagerplätzen. Die Vorteile einer Simulation im Vorfeld der Realisierung sind die Einsparung von Zeit und Kosten, die Erhöhung der Planungssicherheit und damit die Minimierung des unternehmerischen Risikos. Darüber hinaus kommt es meist zu folgenden Nebeneffekten: • Schaffung einer gemeinsamen Datenbasis für alle Projektbeteiligten • Anschauliche und überprüfbare Diskussionsgrundlage während der Planung • 3D-Annimationen und maßstäblicher Gesamtüberblick über das Projekt. Jede Simulation hat prinzipielle Grenzen und Schwächen. Ihre Ergebnisse gründen sich auf die Eingangsdaten. Sind diese fehleroder lückenhaft, sind falsche Simulationsergebnisse vorprogrammiert. Nicht immer können alle Eventualitäten und Sonderfälle berücksichtigt werden. Deshalb soll an dieser Stelle vor einer übersteigerten Erwartungshaltung gewarnt werden.

148

4.2.2.2


Technische und organisatorische Abgrenzung des FTS

Das so genannte Worst-Case-Szenario ist ein probates Mittel, Planungsannahmen zu überprüfen. So werden für einen definierten Zeitraum die Spitzenleistungen von Produktionsmaschinen und zeitgleich Störungen in angrenzenden Gewerken angenommen. Das kann einerseits zu sehr hohen Soll-Leistungen des FTS führen oder andererseits zu organisatorischen Lösungen. So kann man diesen Ausnahmefällen mit einer erhöhten Anzahl von FTF begegnen oder z. B. mit einer errechneten Zahl von Pufferplätzen. Wichtig ist das gedankliche Durchspielen möglichst aller Eventualitäten, insbesondere, wenn die Abhängigkeit des logistischen Gesamtprozesses vom FTS hoch ist. Hier ist der richtige Zeitpunkt, über den eventuellen Ausfall von Systemkomponenten nachzudenken. Dies betrifft das FTS, aber auch seine Peripherie. Es mag banal klingen, aber es stimmt: Ein FTS fällt nicht aus. Es fällt die Stromversorgung für bestimmte Werksbereiche aus, oder ein Rechner, oder ein Rechnernetz (LAN oder WLAN), oder ein FTF. Aber eben kein FTS. Es gilt also, die einzelnen Ausfallwahrscheinlichkeiten zu beziffern und die Konsequenzen zu beurteilen. Wenn die Konsequenzen hoch sind, muss ein Plan B her. Das heißt zum Beispiel: • Der Ausfall eines PCs (Primär-System), auf dem die FTS-Leitsteuerung (oder Teile davon) läuft, muss durch ein warm standby-System abgesichert sein. Das heißt, dass es einen zweiten, sekundären Rechner gibt, der im Hintergrund mitläuft und im Störfall schnell die Aufgaben des ausgefallenen primären Rechners übernimmt. • Die Netzwerke müssen entsprechend den Regeln der modernen EDV aufgebaut werden, was kein explizites FTS-Thema ist. • Der Ausfall eines FTF ist einzuplanen. In Anlagen mit mehreren Fahrzeugen darf der Ausfall eines einzelnen FTF nicht dazu führen, dass die notwendige Leistung vom FTS nicht mehr erbracht werden kann. Oder es muss eine Notfallstrategie eventuell mit manueller Staplerunterstützung her. In diesem Zusammenhang ist vom Betreiber, also vom AG5 zu prüfen, ob die Hardware der Leitrechnerebene sowie die Netzwerke (LAN und WLAN) nicht bauseits beigestellt werden sollten, weil dann die System- und Datensicherheit in die IT-Welt des Unternehmens integriert ist und keine unsichere Parallelwelt bedeutet. Außerdem müssen die peripheren Schnittstellen des FTS zur Außenwelt betrachtet werden. Dazu gehören die aktiven Lastübergabestationen, Aufzüge, automatische Türen und Tore, aber auch alle EDV-Schnittstellen, zum Beispiel zu Systemen, von denen das FTS seine Transportaufträge bekommt. Für alle diese Schnittstellen ist zum jetzigen Zeitpunkt eine Ausweichstrategie zu erstellen.

5

AG = Auftraggeber, Gegenseite zum AN = Auftragnehmer


4.2.2.3

149

Technische Feinplanung

Die technische Feinplanung bedeutet nun das handwerkliche Abklopfen der einzusetzenden Technik. Viele Hinweise finden sich in Kapitel 3. Im Folgenden sei lediglich auf einige wenige spezifische Punkte der technischen Feinplanung hingewiesen. Layoutplanung Hier muss das zunächst grobe Layout (siehe Rahmendaten) konkretisiert werden. Dazu sind die Materialflussbeziehungen, das Transportaufkommen, die Transportzeiten und die Bedingungen in der Produktionsumgebung zu berücksichtigen. Ein Layout sollte auf jeden Fall der Ausschreibung zugrunde liegen, bzw. ist vom Lieferanten im Zuge der Angebotsstellung zu erstellen. Es empfiehlt sich, die Fahrtrichtung zu definieren. Üblicherweise geht man von Rechtsverkehr aus, da sich die anderen Verkehrsteilnehmer leichter auf die Fahrbewegungen einstellen können. Ein gutes Layout zeichnet sich durch Einfachheit aus. Einbahnverkehr sowie organisatorische Trennungen von Flurförderzeugen und Besucherströmen gehören ebenso dazu wie möglichst wenige Kreuzungen. Berechnung der Fahrzeuganzahl Bei einfachen Anwendungen kann die Fahrzeuganzahl mittels Quelle/Senke-Matrizen ermittelt werden, wie sie bereits in den Rahmendaten aufgestellt wurden. In der VDI-Richtlinie 2710-2 ist eine einfache Methode zur Berechnung der Fahrzeuganzahl auf Basis eines Transportprofils beschrieben. Neben den Quelle/Senke-Matrizen sind die Anzahl der Arbeitsschichten, die Betriebszeiten und die Umschlagzeiten des Transportguts erforderlich. Bei komplexeren Applikationen ist eine Simulation sinnvoll. Hierzu gibt es am Markt verschiedene Systeme und Anbieter. Für die Ermittlung der Fahrzeuganzahl sind zu Beginn der Simulation die Voraussetzungen zu definieren: Anzahl der Arbeitsschichten, Betriebszeiten, Pausenmodell, Umschlagzeiten des Transportguts, mögliche Fördergeschwindigkeiten, Blockungsgrad, Energiekonzept, Betriebskonzept, Reparaturstrategien, Technische Verfügbarkeit, Layout sollte vorliegen, Not-Betriebs-Konzept. In Abhängigkeit vom Betriebskonzept sind weitere Fahrzeuge in Reserve vorzuhalten (Reparatur und Instandhaltung). Eine zu hohe FTF-Anzahl stellt einen Preistreiber dar und bedeutet manchmal sogar das Aus für das FTS-Projekt. Deshalb ist insbesondere zu prüfen, ob • Leistungsspitzen durch Pufferplätze oder eine intelligente Steuerung abgefangen und/oder • der Ausfall einzelner Fahrzeuge kurzfristig durch andere Fördermittel kompensiert werden kann. Eine interessante Frage ist in diesem Zusammenhang, wer die FTF-Anzahl vorgibt bzw. verantwortet. Hier kommt der Anwender, der Planer oder der FTS-Lieferant in Frage. Für die Vergleichbarkeit der Angebote ist es sicher hilfreich, eine fixe FTF-Anzahl anzufragen. Dann liegt aber letztlich die Verantwortung für die Leistungserfüllung des FTS beim Anwender oder Planer. Ist die Leistungserfüllung auf Basis der Transportmatrix maßgeblicher Bestandteil des Lastenheftes, trägt der anbietende FTS-Lieferant die Verantwortung. Dann können sich die eingehenden Angebote allerdings in der Zahl der FTF unterscheiden. Wo die Verantwortung im jeweiligen Projekt auch liegen möge wichtig ist, dass es alle Beteiligten wissen!

150


FTS-gerechte Gebäudeplanung Bei einer FTS-gerechten Gebäudeplanung ist von zwei möglichen Varianten auszugehen: Einplanung in ein neu zu erstellendes Gebäude (Greenfield) oder die Integration in ein vorhandenes Gebäude (Brownfield). Bei der Greenfield-Planung ist den Belangen der FTS-Technologie durch frühzeitiges Einsteuern der Anforderungen optimal Rechnung zu tragen. Die Ausführung von Bodenplatte, Gebäudestützen, Gebäudehöhen, Fassade, Energiebedarf, Medien usw. kann auf die FTSBelange zugeschnitten werden. Bei einer Brownfield-Planung kann nur auf die vorhandenen Gegebenheiten reagiert werden. Für den sicheren und störungsfreien Betrieb von Fahrerlosen Transportsystemen ist der FTSgerechte Boden von grundlegender Bedeutung. Seine Merkmale sind in Kapitel 3.4 beschrieben und bei der Herstellung neuer Böden einzuhalten. Wenn bestehende Böden nicht alle diese Anforderungen erfüllen, ist eine rechtzeitige Abstimmung mit dem FTS-Hersteller dringend zu empfehlen. Bei der Planung der Verkehrswege sind folgende Normen und Richtlinien maßgebend: • Arbeitsstättenverordnung • Arbeitsstätten-Richtlinie ASR 17/1,2 • DIN 18225 Verkehrswege in Bauten. Können die vorgeschriebenen Sicherheitsabstände und Absicherungsmaßnahmen nicht eingehalten werden, ist eine Abstimmung mit den zuständigen Berufsgenossenschaften bzw. der Arbeitssicherheit/Gewerbeaufsicht erforderlich. Für den Betrieb eines FTS sind eventuell gesonderte Flächen oder Räume erforderlich. Dies können z. B. Batterieladestationen, Serviceund Wartungsbereiche sein. Weitere Details sind der VDI-Richtlinie 2510-16 zu entnehmen. Infrastruktur und periphere Einrichtungen Näheres zu dieser komplexen Thematik findet man in Kapitel 3.4. Tabelle 4-6 gibt an, wo aus FTS-Sicht Anforderungen an die angrenzenden Gewerke gestellt werden.

6

VDI 2510 Blatt 1 Infrastruktur und periphere Einrichtungen für Fahrerlose Transportsysteme (FTS), Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 12-2009.


151

Tabelle 4-6 Technische Feinplanung bzgl. der peripheren Einrichtungen Position

Beschreibung

Anforderungen an die Einsatzumgebung

9 Umgebungsbedingungen 9 Bodenbeschaffenheit (frühzeitig klären!) 9 Verkehrswege

Stationäre Einrichtungen für die Navigation

9 Installation von Leitlinien auf dem Boden 9 Installation von Leitlinien und Primärleitern im Boden 9 Installation von punktförmigen Bodenmarkierungen 9 Installation von Reflektoren

Stationäre Einrichtungen für das Lasthandling

9 Lastübergabestationen

Kommunikationssysteme

9 Datenfunk, Schmal-/Breitbandfunk (meist WLAN)

9 Sicherheitsrelevante Aspekte 9 Infrarotkommunikation 9 Andere

Stationäre Einrichtungen zur elektrischen Energieversorgung

9 Wartung und Pflege von Batterien

Stationäre Sicherheitseinrichtungen

9 Siehe Tabelle 3-8

Periphere Einrichtungen, Gebäudeeinrichtungen

9 Türen und Tordurchfahrten

9 Stationäre Energieversorgungseinrichtungen

9 Brandabschnittstore 9 Aufzüge 9 Heber / Vertikalförderer 9 Krananlagen 9 Gleiswagen/Unterflursysteme

Gerade die steuerungstechnische Einbindung des FTS in die Peripherie kann zu unerwarteten Kosten führen. Häufig sind die Anbindung an Brandabschnittstore und Aufzüge nicht standardisiert und bedeutet größeren Aufwand sowie zusätzliche Behörden-Abnahmen.

152


Anbindung Überlagertes System

Aktive/Passive Übernahme/ -gabestellen/ ggf. Stapler

Brandschutztore

Boden

Schnelllauftore

Abstimmung Fahr-/ Gehwege

Gebäudealarm: Fluchtwegekonzept

Bild 4-2 Wichtige Interfaces als Mosaiksteinchen einer erfolgreichen Planung (Quelle: Siemens7)

Materialflusssteuerung Hiermit ist das Zusammenspiel von FTS-Leitsteuerung mit der übergeordneten Ebene gemeint, also mit der Rechnerwelt, von der das FTS die Transportaufträge erhält. Als Materialflusssteuerung bezeichnet man das Erfassen und Steuern der Transportvorgänge und -abläufe mit dem Ziel, das Transportaufkommen mit intelligenten Regeln, aber möglichst wenigen FTF zu bewältigen. Sie ist ein wichtiger Faktor, weil sie unmittelbaren Einfluss auf die Fahrzeuganzahl hat. Mit steigendem Automatisierungsgrad steigen auch die Anforderungen an die Materialflusssteuerung. Es wird auf Kapitel 3.2 und die VDI Richtlinie 4451 Blatt 7 FTSLeitsteuerung verwiesen.

4.2.2.4

Lastenheft

Das Lastenheft beschreibt ergebnisorientiert die Gesamtheit der Forderungen an die Lieferungen und Leistungen eines Auftragnehmers. Grundsätzlich sollte der Auftraggeber das Lastenheft formulieren. Es dient dann als Grundlage der Ausschreibung. Mitunter wird das Lastenheft auch als Leistungsverzeichnis (LV) bezeichnet. Es ist dennoch weit verbreitet, dass der potentielle Auftragnehmer selbst in Abstimmung mit dem Auftraggeber das Lastenheft erstellt. Dies hat für den Auftragnehmer den großen Vorteil, 7

Dipl.-Ing. Harald Kohl: FTS-Planung aus Sicht des Betreibers. Vortrag anlässlich der Logimat, Messe Stuttgart, am 05.03.09, Siemens AG, Industry Sector, Frankfurt am Main.


153

selbst die von ihm zu erbringende Leistung definieren zu können. Für den Auftraggeber ergibt sich daraus das Risiko, dass die vertraglich vereinbarte Leistung nicht genau seinen Bedürfnissen entspricht. Der Inhalt des Lastenhefts sollte folgende Punkte enthalten: • Die Spezifikation des zu erstellenden Produkts • Die Anforderungen an das Produkt bei seiner späteren Verwendung • Rahmenbedingungen für Produkt und Leistungserbringung • vertragliche Konditionen • Anforderungen an den Auftragnehmer • Anforderungen an das Projektmanagement des Auftragnehmers • Abnahmeprozeduren. Bei einem formell korrekten Vorgehen setzt der Auftragnehmer nach Erhalt des Lastenhefts die zu erbringenden Ergebnisse (Lasten) in erforderliche Tätigkeiten (Pflichten) um und erstellt später das sog. Pflichtenheft. In den Ausschreibungsunterlagen wird der zu liefernde Leistungsumfang beschrieben. Die Unterlagen sollten die kaufmännischen, organisatorischen und die technischen Anforderungen an das Projekt wiedergeben. • Im kaufmännischen Teil sind geregelt: Allgemeine Geschäftsbedingungen (AGB), Grundlagen zur Angebotserstellung, Form des Angebots, Preisgestaltung, Zahlungsbedingungen, Abrechnung, Aufmaß, Kostenverfolgung, Vertragsbedingungen, Eigentums- und Nutzungsrechte, Mängelansprüche, Haftung, Lieferumfang usw. • In dem organisatorischen Teil ist geregelt: Projektablauf, Projektdurchführung, Projektbeginn, Genehmigungsphasen, Montage, Elektroinstallation, Inbetriebnahme, Baustelleneinrichtung, technische Freigabe, Leistungstest, Verfügbarkeitstest, Gefahrenübergang, Probebetrieb, Abnahmen, Sicherheit, Termine usw. • Im technischen Teil sind geregelt: projektspezifische Anforderungen wie Betriebszeiten, Taktzeiten, Ausführung der Technik, bauseitige Leistungen, Projektierung, Dokumentation, Lieferumfang, Abgrenzungen Mechanik-Elektrik, Schnittstellendefinitionen sowie einzuhaltende gesetzliche Regelungen, wie Normen, Richtlinien, (Werks-) Vorschriften. Ferner wird auf die VDI Richtlinien 2519 Blatt 1 Vorgehensweise bei der Erstellung von Lasten-/Pflichtenheften und VDI 2519 Blatt 2 Lastenheft/Pflichtenheft für den Einsatz von Förder- und Lagersystemen verwiesen. Siehe auch Kapitel 4.2.3.4 Pflichtenheft.

4.2.2.5

Abschließende Wirtschaftlichkeitsbeurteilung

Neben dem Lastenheft gehören Wirtschaftlichkeitsberechnungen zu den Projektdokumentationen an dieser Stelle. Innerhalb des Unternehmens gibt es angepasste Berechnungsformeln und Betrachtungen, die auf das Projekt angewandt werden müssen. Als Ergebnis werden spezifische Kennzahlen berechnet, die bestimmte vorgegebene Grenzwerte einhalten müssen. Soweit es geht, wurden diese Methoden bereits im Planungsschritt Systemauswahl verwendet, müssen hier aber entsprechend der Feinplanung finalisiert werden.

154


Im Übrigen sei hier auf den Abschnitt Wirtschaftliche Systemauswahl in Kapitel 4.2.1.4 verwiesen.

4.2.3 Beschaffung Innerhalb dieser Planungsphase muss das FTS ausgeschrieben und beschafft werden, anschließend wird es vom beauftragten Lieferanten installiert und in Betrieb genommen. Am Ende steht die Abnahme, mit der die installierte Anlage dem Betreiber übergeben wird.

4.2.3.1

Analyse des Anbietermarktes

Von diesem Planungsschritt hängt ab, ob wirklich die richtigen Anbieter angefragt werden. Meist ist es kein expliziter Planungsvorgang, sondern ein projektvorbereitender oder -begleitender Prozess. Es werden Fachzeitschriften studiert, große Technik-Messen (wie Hannover Messe8 oder Logimat9-Stuttgart) und Tagungen/Kongresse (FTS-Fachtagung10-Hannover oder Materialflusskongress11-Garching) besucht oder im Internet recherchiert. Auf den Seiten des Forum-FTS12 findet man die Mitglieder der europäischen FTS-Community.

4.2.3.2

Ausschreibung

Die Basis der Ausschreibungsunterlagen bildet das oben beschriebene Lastenheft. Je sorgfältiger und vollständiger das Lastenheft erarbeitet ist, desto einfacher gelingen die Angebotsauswertung und die Auftragsvergabe. Hilfreich erscheint ein vorgegebenes Preisblatt, das die Projekt-Bestandteile erfasst, gliedert und einzeln mit Preispositionen abfragt. Eine grobe Unterteilung für ein FTS wäre z. B.: • Fahrzeuge mit Batterie • Bodenanlage bzw. Peripherie • FTS-Leitsteuerung • Projektbezogene Dienstleistungen. Die Marktanalyse sollte die Anzahl der angefragten Anbieter begrenzt haben. Üblicherweise werden drei unabhängige Angebote angestrebt. In diesem Zusammenhang sind Referenzbesuche ratsam. Die drei Anbieter, die in der engeren Auswahl sind, werden gebeten, eine Referenzbesichtigung bei einem ihrer Kunden zu organisieren, bei dem eine möglichst ähnliche oder vergleichbare Anlage installiert ist. Die Gespräche mit den Betreibern bringen immer einen Informationsgewinn.

8

www.hannovermesse.de/industrial_automation

9

www.logimat-messe.de

10

www.fts-fachtagung.de

11

www.materialflusskongress.de

12

www.forum-fts.com


4.2.3.3

155

Angebotsauswertung und Auftragsvergabe

Die Angebotsauswertung und Auftragsvergabe ist in der nachfolgenden Tabelle 4-7 in Stichpunkten dargestellt. Sie richtet sich im Wesentlichen nach den Gegebenheiten des Auftraggebers. Sie dient dazu, die Angebote vergleichbar zu machen und eine einheitliche Bewertung zu erhalten. Hierbei wird sowohl der technische und kaufmännische Angebotsumfang bewertet. Tabelle 4-7 Positionen einer Angebotsauswertung Position

Beschreibung

Technischer Teil

9 Gesamtlösung (gewichtet) 9 Systembestandteile 9 Generelle Anforderungen zur Vertragserfüllung 9 Technik der Fahrzeuge (FTF) 9 Übergabestationen/Stellplätze 9 Batterieladestationen 9 Funktionalität der FTS-Leitsteuerung 9 Schnittstellen zu übergeordneten Systemen, zur Infrastruktur und zu zukünftigen Systemen 9 Service 9 Optionen 9 Projekt-Management 9 Terminplan

Kaufmännischer Teil

9 Investition 9 Total Cost of Ownership und/oder ROI-Berechnungen 9 Energiekosten 9 Ersatzteilpreise/Preisbindung 9 Zahlungsbedingungen, Bürgschaften, Garantien 9 Gewährleistungszeitraum und -bedingungen 9 Übernahme des Betriebssicherheitsrisikos (Notstrategien)

Softskills

9 Art der Ausschreibungsbeantwortung 9 Referenzbesuche 9 Lieferantenbewertung 9 Schonender Lasttransport 9 Bedienkonzept 9 Optik des Produkts 9 Innovation

156


Der Vergabeprozess geschieht branchenspezifisch bzw. Unternehmens-abhängig unterschiedlich. In der Industrie sind Vergabeverhandlungen üblich, in öffentlichen Bereichen sind dagegen Submissionen vorgeschrieben. Vermehrt kommen auch Bieterbefragungen bidder interview zum Einsatz. Alternativ finden online bidding events statt. Nach der Auftragsvergabe wird der Auftrag vertraglich formuliert und mit einer Auftragsbestätigung vom Auftragnehmer angenommen.

4.2.3.4

Pflichtenheft

In den VDI-Richtlinien VDI 2519 Blatt 1 Vorgehensweise bei der Erstellung von Lasten/Pflichtenheften und Blatt 2 Lasten-/Pflichtenheft für den Einsatz von Förder- und Lagersystemen werden diese Begriffe definiert und weitere Hinweise gegeben. Im Lastenheft (siehe auch Kapitel 4.2.2.4 Lastenheft) werden alle Anforderungen des Auftraggebers hinsichtlich Liefer- und Leistungsumfang zusammengestellt. Hier sind die Anforderungen aus Anwendersicht einschließlich aller Randbedingungen beschrieben. Im Lastenheft werden die Fragen WAS und WOFÜR beantwortet. Im Pflichtenheft werden die Antworten auf die Fragen WIE und WOMIT gegeben. Im Pflichtenheft wird beschrieben, wie die Anforderungen des Lastenheftes erfüllt werden. Vom Auftragnehmer werden die Vorgaben des Auftraggebers detailliert und Realisierungsvorgaben niedergelegt. Während das Lastenheft als Kernbestandteil die Spezifikation des angefragten FTS enthält, beschreibt das Pflichtenheft, wie der Auftragnehmer die Leistung zu erbringen hat. Somit ist der Projektstrukturplan mit den Arbeitspaketen der minimale Bestandteil des Pflichtenhefts. Dazu gehören die Termin- und Ressourcenpläne. Bei zeitkritischen Projekten wird der Terminplan zum bindenden Vertragsbestandteil (Vertragsterminplan). Es empfiehlt sich, das Pflichtenheft zumindest in einen rechtlich/organisatorischen und einen technisch/fachlichen Teil zu trennen. Pflichtenheft und Lastenheft sollten unmittelbare Bestandteile des Vertrags zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer sein. Bei großen Projekten mit vielen Partnern müssen Lasten- und Pflichtenheft von allen Partnern abgezeichnet werden. Bei kritischen Projekten empfiehlt sich die Hinterlegung der Dokumente bei einem Notar, um spätere Nachforderungen zweifelsfrei klären zu können. In vielen Fällen wird die Pflichtenheft-Erstellung bereits als erste Aufgabe der Realisierungsphase angesehen. Problematisch ist dabei, dass ein Projekt lebt, also theoretisch die Inhalte des Pflichtenheftes ständig angepasst werden müssten. Hier muss ein klarer Schlussstrich gezogen werden, der nicht länger als sechs Wochen nach Projektstart liegen sollte.

4.2.3.5

Realisierung

Der Projektbeginn erfolgt nach schriftlicher Beauftragung durch den AG (Auftraggeber) und die Auftragsbestätigung durch den AN (Auftragsnehmer). Zu Projektbeginn ist eine Startveranstaltung (Projektstart-Sitzung) abzuhalten. Hierbei sind die Projektleiter und die Projektorganisation von AN und AG vorzustellen. Der organisatorische Ablauf des Projekts Regeltermine, Kommunikationswege, Protokollwesen sind zwischen AN und AG abzustimmen. Der abgestimmte Gesamtterminplan ist durchzusprechen und zu genehmigen. Die Vorgehensweise zur technischen Klärung mit Genehmigungsdokumentation, Bemusterung, Mehrungs-/Minderungsvorgehen, Änderungsdienst bzw. Versionsmanagement (Zeich-


157

nungen), Erstellung Pflichtenhefte, CE13-Dokumentation, Gefährdungsanalysen, Layoutfestlegung, Einbindung in das Umfeld der Produktion ist zu definieren. Bei komplexen Systemen und Aufgaben empfiehlt es sich, Musteraufbauten und Testanlagen einzuplanen und aufzubauen. Im Rahmen eines FAT (factory acceptance test) findet die Vorabnahme von Fahrzeugen oder Einzelgewerken sinnvollerweise beim Auftragnehmer statt, die abschließende SAT (site acceptance test) dann vor Ort beim Auftraggeber. Die Baustellenphase teilt sich bei ortsfesten technischen Anlagen in die Mechanische Montage, Elektroinstallation, Inbetriebnahme und den Probebetrieb auf. Bei der Installation eines FTS kann es in Abhängigkeit der eingesetzten Technik wesentlich einfacher ablaufen, wenn z. B. vom Lieferant komplette und betriebsbereite Fahrzeuge angeliefert werden, so dass sich die mechanische Montage auf das reine Auspacken reduziert.

Inbetriebnahme Die Inbetriebnahme erfolgt nach Abschluss der mechanischen Montage und elektrischen Installation. Zu diesem Zeitpunkt sollte vom Auftragnehmer die Erstellung von Mängellisten beim Auftraggeber eingefordert werden. Während der Inbetriebnahme werden u. a. folgende Maßnahmen durchgeführt: Funktionsprüfungen (wie z. B. E/A-Tests), Einspielung Software, schrittweise Software-Parametrierung, Inbetriebnahme der Einzelkomponenten sowie der Gesamtanlage, Anlageneinweisungen, Sicherheitstechnische Erstinbetriebnahme, Sicherheitseinweisung aller Beteiligter. Am Ende der Inbetriebnahme sollte ein Funktionstest der Anlage unter Produktionsbedingungen durchgeführt werden. Zu diesem Zeitpunkt sollte die CE-Dokumentation einschließlich der Konformitätserklärung vorliegen, die auf jeden Fall wichtiger Bestandteil der Dokumentation ist. Diesem Funktionstest folgt dann der Probebetrieb. Beim Probebetrieb wird das FTS erstmals unter den Bedingungen der späteren Produktion vom Auftragnehmer unter Verwendung von Original-Fördergut eingesetzt. Anschließend erfolgt der Produktionsstart.

Genehmigungen Die Genehmigungsplanung hat grundsätzlich schon viel früher zu beginnen. Die entsprechenden Forderungen gehören bereits in Lastenheft und dann später ins Pflichtenheft. Allerdings werden viele erforderliche Genehmigungen erst nach erfolgter Inbetriebnahme erteilt, so dass der Planungsschritt an dieser Stelle beschrieben wird. Die Rahmenbedingungen für FTS bezüglich der Sicherheit werden durch folgende Gesetze, Vorschriften etc. bestimmt: • Maschinenrichtlinie, DIN-Normen, VDI-Richtlinien, VDE-Bestimmungen • Unfallverhütungsvorschriften • Arbeitsstättenverordnung und Arbeitsstättenrichtlinien • Richtlinien der gewerblichen Berufsgenossenschaften • Vorschriften des Verbandes der Sachversicherer. 13

CE = Conformité Européenne, deutsch: in Übereinstimmung mit EU-Richtlinien, im Rahmen der CEKonformität gemäß Maschinenrichtlinie

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Die Einhaltung der vorstehenden Gesetze, Vorschriften, Richtlinien etc. wird von den beauftragten Organisationen und Institutionen überprüft. Dies gilt für die Anlagenabnahme und die Überprüfung des laufenden Betriebes. In Deutschland sind dafür im Wesentlichen die folgenden Institutionen zuständig: • Staatliche Aufsichtsbehörden • Gewerbliche Berufsgenossenschaften • Technische Überwachungsorganisationen • Freie Sachverständige. Die Entwicklung sicherheitstechnischer Festlegungen wird durch die schnelllebige Technik und die hohe Varianz von FTS erschwert. Umso wichtiger ist es, zu einem frühen Zeitpunkt der Planung die kompetenten Arbeitsschutzorganisationen hinzuzuziehen. Die Unfallsicherheit von FTS ist somit eine Aufgabe, die gleichermaßen den Fahrzeughersteller, das Planungsteam und den Betreiber angeht. Es ist eine koordinierte Zusammenarbeit anzustreben. Die vorhandenen Richtlinien dürfen nicht erst in der Realisierungsphase der Anlagen, sondern müssen bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden. Versäumnisse lassen sich nachträglich nur mit einem zusätzlichen Aufwand ausgleichen. Deshalb müssen bereits im Pflichtenheft die notwendigen Fahrzeug- und anlagenbezogenen Sicherheitspakete detailliert ausgeführt werden. Gleichzeitig sind die zu berücksichtigenden Vorschriften, Gesetze, Richtlinien etc. anzuführen. Bei Fahrerlosen Transportsystemen muss die Infrastruktur für Flurförderzeuge insbesondere der DIN EN 1525 genügen. Diese regelt unter anderem die Anforderungen an das Flurförderzeug (wie Standsicherheit, Warnsysteme, Erkennung von Personen im Fahrweg, Notauseinrichtungen), Prüfung der Inbetriebnahme und Betreiberinformationen. Eventuell sind Genehmigungen zum Brand- und Explosionsschutz, Immissionsschutz oder zum Baurecht erforderlich. Dies ist im Einzelfall zu prüfen. Erlaubt sei an dieser Stelle der Hinweis, dass mit dem FTS-Projekt eine CE-Konformität erreicht werden muss, die nicht das FTS samt seinem gesamten Umfeld berücksichtigt. Alle Schnittstellen, insbesondere die zu stationären Fördertechniken gehören per Gefahrenanalyse bewertet und in die CE-Konformität integriert.

Abnahme Mit der förmlichen Abnahme nach BGB beginnt die Verjährungsfrist für Mängelansprüche. Erfahrungsgemäß erfolgt die Abnahme nach BGB14 erst nach • Beseitigung der groben bzw. die Funktion beeinträchtigenden Mängel • Vorlage der CE-Dokumentation einschließlich der CE-Konformitätserklärung für die Gesamtanlage • Durchführung von Leistungs- und Verfügbarkeitstests • Vorlage einer abgestimmten Mehr-/Minderkostenaufstellung und • allen behördlichen Abnahmen. 14

BGB = Bürgerliches Gesetzbuch


159

Das hierüber erstellte Abnahmeprotokoll ist von allen Beteiligten zu unterzeichnen. Weitere Besonderheiten zur Abnahme bei Fahrerlosen Transportsystemen beschreibt die VDIRichtlinie 4452 Abnahmeregeln für Fahrerlose Transportsysteme(FTS), auf die hier verwiesen wird. Sie beschreibt den Umfang der Abnahme sowie das Verfahren und die konkrete Durchführung. Interessant sind sicher die Anlagen zur Richtlinie: Hier gibt es sowohl eine schematische Darstellung der Anlagenverfügbarkeit als auch einen Vordruck für ein Abnahmeprotokoll.

4.2.4 Betriebsplanung Ziel dieser Phase ist die sorgfältige Planung des störungsfreien FTS-Betriebs. Dazu gehört im Vorfeld bereits die Einbeziehung der Mitarbeiter in den Planungsprozess. Alle Mitarbeiter, die später regelmäßig mit dem System zu tun haben, sollten informiert und angehört werden. Nur dann werden sie die fahrerlosen Kollegen akzeptieren eine Voraussetzung für einen erfolgreichen FTS-Einsatz. Zudem müssen ausgewählte Mitarbeiter geschult und qualifiziert werden, um später kleinere Störungen selbständig beheben zu können. Diese Maßnahmen müssen insbesondere für neue Mitarbeiter regelmäßig wiederholt werden. Zu diesen Schulungsmaßnahmen gehört auch die Beherrschung der Notstrategien. Diese greifen, wenn außergewöhnliche Vorfälle (wie z. B. Feueralarm) eintreten, aber auch bei Ausfall eines wichtigen Gewerkes zur Aufrechterhaltung der Produktion. Diese Notstrategien sind sehr anwendungsspezifisch und müssen vorab festgeschrieben sein. Zu planen sind weiterhin folgende Punkte, für die auch entsprechende Budgets bereitgehalten werden müssen: Instandhaltung / Wartung Die Instandhaltung umfasst alle Service-Maßnahmen, die zur Erhaltung bzw. Widerherstellung der Funktionsfähigkeit der Anlage erforderlich sind, insbesondere die Wartung, Inspektion und Instandsetzung. Dazu gehört die regelmäßige Durchsicht und Reinigung der FTF sowie der Austausch von Verschleißteilen. Die Serviceintervalle sind abhängig vom jeweiligen Einsatz der FTF beim Kunden. Sie werden durch den Lieferanten individuell festgelegt und sollten bereits im Angebot genannt werden. Die Instandhaltung kann vom Betreiber, vom FTS-Lieferanten oder von Dritten durchgeführt werden. Übernimmt der Lieferant oder ein Dritter die Instandhaltung, erfolgt dies in der Regel über einen Servicevertrag mit vereinbarter Reaktionszeit. Ein Servicevertrag kann je nach Kundenwunsch als Vollservice- oder Teilservicevertrag ausgeführt werden. Ersatzteilversorgung Um im Störungsfall defekte Teile schnell ersetzen zu können, ist eine angepasste Ersatzteilbereitstellung und -versorgung erforderlich. Hierzu werden für jedes Bauteil das Ausfallrisiko, die Störanfälligkeit, Verfügbarkeit und Lieferfähigkeit festgelegt. Entsprechend der Bewertung werden die einzelnen Bauteile in verschiedenen Lagerformen vorgehalten:

160


• Ersatzteillager beim Betreiber mit den wichtigsten Bauteilen • Konsignationslager des FTS-Lieferanten beim Kunden mit den hochwertigen Bauteilen (optional) • Lieferanten-Lager mit allen Standardteilen • Unterlieferanten-Lager (OEM-Lager) mit allen Bauteilen. Sicherheitsprüfungen Die wiederkehrenden Sicherheitsprüfungen gemäß den Unfallverhütungsvorschriften (UVV) sind ebenfalls vom FTS-Betreiber durchzuführen. Ist dieser dazu nicht in der Lage, hat er den Lieferanten oder eine externe Firma damit zu beauftragen.

4.2.5 Änderungsplanung Dieser Planungsschritt beschäftigt sich mit Veränderungen während des Betriebs der Anlage. Dies können im Zuge des Betriebs erforderliche Soft- und Hardware-Updates oder Ersatzbeschaffungen nach Ablauf der Lebensdauer sein, genauso wie im Zuge des Betriebs erforderliche Optimierungen oder Erweiterungen der Anlage, wie z. B. zusätzliche Fahrzeuge, Erweiterung der Fahrwege, Integration neuer Übergabestationen usw. Änderungsbedarf kann einerseits vom FTS selber aber andererseits auch von den Einsatzbedingungen ausgehen: Änderungsbedarf vom FTS ausgehend: Die rasante Entwicklung im Bereich der Datenverarbeitung/Steuerung/Mikroelektronik erfordert Software-Updates, SW- und/oder HW-Upgrades und/oder Anpassungen an die Steuerung. Nach einer gewissen Zeit sind keine Ersatzteile und kein Know-how bei den Service-Mitarbeitern mehr verfügbar. Dann ist auch mit Bauteil-Abkündigungen zu rechnen. Änderungsbedarf von den Einsatzbedingungen ausgehend: So professionell die Planungen und Systemauslegungen auch waren, so kommt es doch immer wieder zu Veränderungen der Plandaten. Produktionserweiterungen oder -verlagerungen können genauso vorkommen wie Erweiterungen des Einsatzbereiches des FTS. In solchen Fällen schlägt die große Stunde des FTS: Im Gegensatz zu den meisten alternativen Fördertechniken sind solche Systemanpassungen beim FTS technisch einfach lösbar. Insbesondere können sie meist ohne Betriebsunterbrechung durchgeführt werden.

4.2.6 Außerbetriebsetzung Dieser Planungsschritt betrifft das Ende des FTS. Die technische Lebensdauer liegt üblicherweise zwischen zehn und zwanzig Jahre. Sie hängt auch davon ab, wie die Anlage gewartet und inwieweit die steuerungstechnischen Komponenten regelmäßig auf den neuesten Stand gebracht wurden. Wenn es aber dem Ende zugeht, müssen betriebliche sowie gesetzliche Vorgaben erfüllt werden.

4.3 Unterstützung bei der Planung

161

Folgende Stilllegungsgründe sind üblich: • System ist veraltet: Leistung/Verfügbarkeit/Wirtschaftlichkeit ist nicht mehr gegeben. • Wartung und Instandhaltung sind nicht mehr rationell durchführbar. Retrofitting wäre unwirtschaftlich. • Es hat grobe Veränderungen im Einsatzbereich der Anlage gegeben, wie z. B. Produktionsaufgabe. Vor der Stilllegung ist zu prüfen, ob das FTS in einem anderen Bereich eingesetzt werden kann. Eine weitere Alternative ist der Verkauf bzw. die Weitergabe der Fahrzeuge an einen anderen FTS-Anwender oder zurück an den Lieferanten. Eventuell ist eine Weiterverwendung von Teilen der Anlage möglich. Ausgebaute Teile können als Ersatzteile in einer anderen Anlage verwendet werden. Grundsätzlich ist bei Lagerung, Transport und Entsorgung von Anlagen und deren Komponenten das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz § 49 (KrW-/AbfG) zu berücksichtigen. Die Entsorgung der FTS-Komponenten ist in der Regel unproblematisch, da fast keine Demontagearbeiten anfallen. Die Entsorgung kann firmenintern, durch den FTS-Lieferanten oder durch eine externe Firma ausgeführt werden. Bei Entsorgung durch einen FTS-Lieferanten können am ehesten geeignete Konzepte zur Wiederverwertung angewendet werden. Die einzelnen Materialien sind gemäß den Umweltverträglichkeitsrichtlinien zu entsorgen. Für die Entsorgung bzw. das Recycling von Batterien gilt: Blei-Säure Batterien können zur Wiederverwendung einem Regenerationsprozess unterworfen werden. Nickel-Cadmium Batterien sind nur zum Teil wieder verwertbar. Beide Systeme müssen zur endgültigen Entsorgung besonderen Rücknahmesystemen zugeführt werden. Die Wiederverwertung bzw. die Entsorgung erfolgt nach der jeweils aktuellen Fassung der Batterieverordnung.

4.3 Unterstützung bei der Planung Immer mehr Unternehmen entdecken die Intralogistik als ein lohnendes Betätigungsfeld für Optimierungen in den Bereichen Qualität, Abläufe und Kosten. Die personellen Kapazitäten und Ressourcen werden aufgestockt und die Erfahrungen mit Intralogistik-Projekten nehmen zu. Auf der anderen Seite besteht seit eh und je der Wunsch nach Informationen und Unterstützung. Wir wollen hier aufzeigen, wo es welche Informationen und Unterstützungen gibt. Die Rolle der Hersteller während der Planung Im Zeitalter des Internets ist es einfach eine lange Liste von FTS-Lieferanten zu generieren, die der Interessent innerhalb kürzester Zeit kontaktiert hat, um Broschüren und ein Angebot anzufordern. Zeichnet sich der seriöse FTS-Lieferant dadurch aus, dass er umgehend ein konkretes Angebot vorlegt? Wir haben gesehen, dass die FTS-Planung nicht trivial ist und eine Fülle von projektbezogenen Randbedingungen und Besonderheiten berücksichtigen muss. Wenn ein FTS-Lieferant sofort damit beginnt, all diese Punkte anzufordern und abzufragen, wäre das fachlich korrekt, würde aber wohl den einen oder anderen Interessenten verschrecken. Ist er schnell mit einem Angebot über eine FTS-Leitsteuerung, x Fahrzeugen und ein Fixum für die projektbezogenen

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Dienstleistungen zur Stelle, entspricht er vielleicht den ersten Erwartungen des anfragenden Interessenten, wird aber der Sache letztlich nicht gerecht. Hinzu kommt, dass die Technologie der Fahrerlosen Transportsysteme für die meisten Ingenieure interessant bis reizvoll ist. Das ist sicher ein Grund für die Tatsache, dass es wesentlich mehr erste Anfragen als realisierte Projekte gibt. Der FTS-Lieferant insbesondere die Vertriebs- und Projektierungsabteilungen müssen also mit ihren Ressourcen haushalten. Keine leichte Aufgabe für die FTS-Lieferanten, zumal ja ihr Produkt-Portfolio mehr oder weniger eingeschränkt ist. Der Interessent wird sich immer die Frage stellen, ob die angebotenen Produkte für sein Projekt gänzlich oder nur Anbieter-optimal sind. In jedem Fall hat der seriöse FTS-Lieferant langjährige Planungserfahrung. Diese kann er besonders bezüglich folgender Aufgabenstellungen einbringen: • Basis der Arbeit ist das Sammeln von Rahmendaten, die für die Beurteilung des Projektes erforderlich sind. Dazu gibt es ja die VDI 2710-2, die von den Herstellern ggf. angepasst verwendet wird. Solche Datensammlungen helfen insbesondere dem Kunden, seinen Planungsstart zu fixieren, damit er Änderungen während des Planungsprozesses erkennen bzw. nachweisen kann. • Wahl des Fahrzeugtyps: Die verwendeten Ladehilfsmittel beim Kunden sowie das Layout und andere Kriterien bestimmen die Art der Lastaufnahme und damit den Fahrzeugtyp. Eine klassische Fragestellung ist beim Transport von Paletten die Auswahl zwischen dem automatisierten Gabelhubwagen und Huckepack-Fahrzeug mit seitlicher Palettenaufnahme per Rollenbahn. Beide Fahrzeugtypen haben eindeutige Vor- und Nachteile. • Berechnung der erforderlichen Fahrzeuganzahl: Die Anzahl der benötigten FTF ist wesentliche Voraussetzung für eine Wirtschaftlichkeitsberechnung. Sie beeinflusst aber auch die Verkehrssituation im Anlagenlayout. Für die Berechnung setzt der FTS-Hersteller auf der Transport- und Wegematrix des Kunden auf und lässt sein Knowhow über das Bewegungsverhalten der Fahrzeuge in eine statische Tabellenkalkulation einfließen, die ihm schnell die Auslastung der Anlage in Abhängigkeit verschiedener Fahrzeuganzahlen angibt. VDI-Richtlinien Im Verein Deutscher Ingenieure VDI gibt es seit Anfang 1987 den Fachausschuss Fahrerlose Transportsysteme (FTS). Dieser hat das selbstgesteckte Ziel, die FTS-Branche zu stärken, indem er Hersteller und Betreiber zusammenbringt und als neutrale und anerkannte Institution potentiellen Anwendern das FTS näher bringt. Er leistet grundlegende Richtlinienarbeit mit dem Ziel, der Branche mehr Handlungs- und Planungssicherheit zu geben. Dadurch sollen die vorhandenen Anwendungsmöglichkeiten besser ausgeschöpft und neue Einsatzfelder erschlossen werden.


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VDI 2510 Thema: FTS-Technik

VDI 2710 Thema: FTS-Planung

„Fahrerlose Transportsysteme (FTS)“

„Ganzheitliche Planung von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS)“

Alles zur Technik des FTS

Alles zur FTS-Planung

– Fahrzeugtechnik, insb. Navigation, Steuerung, Sicherheit und Energie – FTS-Leitsteuerung – Datenübertragung – Infrastruktur und periphere Einrichtungen ergänzt durch separate Blätter zu speziellen Themen!

– Systemfindung – System-Ausplanung – Beschaffung – Betriebsplanung – Änderungsplanung ergänzt durch separate Blätter zu speziellen Themen!

Alle aktuellen Richtlinien unter www.vdi.de/fts

Bild 4-3 Die Themenschwerpunkte des VDI-Fachausschusses Fahrerlose Transportsysteme (FTS)

Fundierte und aktuelle Regelwerke sollen Sicherheit geben. Dazu dienen folgende Arbeitsschwerpunkte: 1. Beschreibung des aktuellen Stands der Technik Das vorhandene Regelwerk wird kontinuierlich dem Stand der Technik angepasst und weiter vervollständigt. 2. Schaffung von Planungssicherheit Über die Definition und Beschreibung ganzheitlicher Planung von Anlagen gewinnt der Anwender Sicherheit. Er erhält Hilfestellungen in Form von Erstberatung, Grundlageninformationen, Richtlinien, Werkzeugen und Hilfsmitteln. 3. Aktive Marktkommunikation Durch gezielte Informationen wie Veranstaltungen, Veröffentlichungen, Vorträge, Internetauftritt und werbetechnische Maßnahmen wird das FTS einer breiten Öffentlichkeit bekannt gemacht. Dazu gehört auch die FTS-Fachtagung, die alle zwei Jahre an der Universität Hannover stattfindet.

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Tabelle 4-8 VDI-Richtlinien zum Thema FTS (Technik und Planung) RichtlinienNummer

Titel

Ausgabedatum

VDI 2510

Fahrerlose Transportsysteme (FTS)

2005-10

VDI 2510 Blatt 1

Infrastruktur und periphere Einrichtungen für Fahrerlose Transportsysteme (FTS)

2009-12

VDI 2710

Ganzheitliche Planung von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS)

2010-04

VDI 2710 Blatt 1

Ganzheitliche Planung von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Entscheidungskriterien für die Auswahl eines Fördersystems

2007-08

VDI 2710 Blatt 2

FTS-Checkliste Planungshilfe für Betreiber und Hersteller von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS)

2008-08

VDI 4450

Analyse der Wirtschaftlichkeit Fahrerloser Transportsysteme (FTS)

2001-09

VDI 4451 Blatt 2

Kompatibilität von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Energieversorgung und Ladetechnik

2000-10

VDI 4451 Blatt 3

Kompatibilität von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Fahr- und Lenkantrieb

1998-03

VDI 4451 Blatt 4

Kompatibilität von fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Offene Steuerungsstruktur für Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF)

1998-02

VDI 4451 Blatt 5

Kompatibilität von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Schnittstelle zwischen Auftraggeber und FTS-Steuerung

2005-10

VDI 4451 Blatt 6

Kompatibilität von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Sensorik für Navigation und Steuerung

2003-01

VDI 4451 Blatt 7

Kompatibilität von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Leitsteuerung für FTS

2005-10

VDI 4452

Abnahmeregeln für Fahrerlose Transportsysteme (FTS)

2004-11

Forum-FTS Alle im VDI organisierten FTS-Hersteller gründeten 2006 das Forum-FTS als Interessengemeinschaft für die Branche der Fahrerlosen Transportsysteme. Die Gruppe setzt sich aus 13 Mitgliedern aus fünf europäischen Staaten zusammen. Das Forum-FTS versteht sich als neutrale Anlaufstelle für (potentielle) Anwender mit einem neutral geführten Internetauftritt15. Das Forum-FTS präsentiert sich auf Messen und Ausstellungen und verpflichtet sich im Umgang untereinander und mit Kunden einem selbstauferlegten Ehrencodex. Letztlich bedeutet die Mitgliedschaft im Forum-FTS ein Qualitätsversprechen. Das Informations- und Beratungsangebot des Forum-FTS ist nicht nur für unerfahrene Interessenten hilfreich, sondern auch für die Experten. Denn der Markt verändert sich ständig: • die FTS-Hersteller variieren ihr Profil • es kommen neue Technologien auf den Markt • die Welt der technischen Regelwerke lebt. 15

www.forum-fts.com


165

Ein besonderes Angebot ist die FTS-Erstberatung. Sie bietet für einen moderaten Preis erste Aussagen zur technischen Machbarkeit und zur Wirtschaftlichkeit des angedachten FTS-Projektes. Sie ermöglicht einen effizienten und neutralen Start in das Projekt. AWT-Kompetenz AWT ist das Synonym für automatischer Warentransport diese Abkürzung wird ausschließlich in Krankenhäusern und Kliniken verwendet. Moderne AWT-Anlagen sind oft Fahrerlose Transportsysteme (siehe auch Kapitel 2.1). Für diesen speziellen, internationalen Markt wurde 2009 die Initiative AWT-Kompetenz gegründet; dabei handelt es sich um eine lose kooperierende Interessengemeinschaft von Unternehmen, die sich mit der herstellerneutralen, ganzheitlichen Planung von AWT-Anlagen beschäftigen. Auch hier gibt es ähnlich wie im Forum-FTS die AWT-Erstberatung. Nähere Informationen findet man im Internet (www.awt-kompetenz.de). Darüber hinaus bekommt man hier alle Stufen der Information, Planung und Realisierung.

Bild 4-4 Der Eyecatcher der AWT-Kompetenz als dynamischer Motivator

Seminare und Schulungen Grundlegende Informationen zum Thema FTS finden Sie natürlich in diesem Buch. Allerdings gibt es zusätzlich verschiedenste Formate der Weiterbildung. Dazu sei auf die Homepage FTSSeminar16 hingewiesen, wo einige Anregungen gegeben werden. Hier können jede Form von Seminaren, Vorträgen, Schulungen, Workshops und Fachforen gebucht werden. Individuelle Themenstellungen, Abläufe, Veranstaltungsorte und Termine sind selbstverständlich möglich. Beratung und Planung Zu guter Letzt will der Autor noch auf seine Unternehmensberatung17 hinweisen, die sich auf das Thema FTS spezialisiert hat, und nicht nur für potentielle Anwender (Beratung, Planung und Realisierung) sondern auch für System- oder Komponentenlieferanten (Technologie-Monitoring, Marktstrategien) von Interesse sein kann. Weitere Informationen findet man im Internet. 16

www.fts-seminar.de

17

www.fts-kompetenz.de

166

5 Die nächste Epoche Wir haben in den bisherigen Kapiteln die Vergangenheit und insbesondere die gegenwärtige dritte FTS-Epoche kennengelernt. Doch die FTS-Branche steht vor einer neuen Epoche, einer neuen Evolutionsstufe, die sowohl für das klassische FTS, als auch für viele neue Anwendungen massive Auswirkungen haben wird. Die technologische Basis für solche Veränderungen liegt in neuen, preiswerten und intelligenten Sensorsystemen sowie über das Internet getriebene Software-Entwicklungen, die diese Sensorsysteme auswerten. Das Internet hat insofern mit diesen Entwicklungen zu tun, als dass viel Basisarbeit in punkto Bilderkennung aus Internet-Anwendungen hervorgeht. So hat Google hunderte von Patenten zu diesen Themen. Dort will man natürlich nicht unbedingt eine Palette erkennen was eine Basisaufgabenstellung beim FTS ist sondern Personen, Gesichter, Situationen und andere Gegenstände (Stadt, Strand, Haus, Mann, Frau etc.) Die ersten Beispiele in mobilen Systemen findet man auch im Auto. Im 7er-BMW z. B. gibt es die Funktionen Speed Limit Info und Night Vision, mit denen man Tempolimits (auf Schildern am Straßenrand und oberhalb der Fahrbahn) und Personen (nachts mit Wärmebildkameras) erkennen kann1. Die Autos machen heute Sachen, die vor zehn Jahren noch undenkbar erschienen: So parkt der VW Golf mit seinem Parklenkassistenten Park Assist2 selbständig in Längs- und Querparklücken. Das System unterstützt den Fahrer, indem es selbsttätig die optimalen Lenkradbewegungen durchführt, um auf der Ideallinie rückwärts einzuparken. Der Fahrer muss nur noch Gas geben und bremsen. Der Passat CC bietet einen Spurhalteassistenten Lane Assist, der feststellt, ob das Fahrzeug unbeabsichtigt die Spur verlässt und warnt entsprechend optisch und durch Vibrationen am Lenkrad. Und Lane Assist lenkt kontinuierlich und weich gegen. Im Touareg kann die automatische Distanzregelung (ACC) jetzt auch Stop & Go-Verkehr. Ein Sensor überwacht einen weiten Bereich vor dem Fahrzeug und hält eine vorgegebene Geschwindigkeit, berücksichtigt dabei aber den vorausfahrenden Verkehr, und zwar im Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 250 km/h. Die genannten Beispiele findet man so oder ähnlich auch bei anderen Automobilherstellern es wäre müßig alle aufzuzählen. Stellt man sich alle diese Funktionen in einem Auto vereint vor, so wird wohl der heute bekannte Sekundenschlaf des Fahrers nur ein Vorgeschmack auf das künftige Einschlafen sein. Wir vermeiden hier ganz bewusst, die eingesetzten Sensor- und Steuerungssysteme zu nennen und zu beschreiben. Die einzelnen Hersteller nutzen verschiedene Kombinationen aus Laser-, Radar3-, Lidar4-, Infrarot-, Ultraschall- und Video-Systemen. Welche Techniken sich durchsetzen oder ob es Kombinationen sein werden, bleibt dahingestellt.

1

Quelle: BMW 2010

2

Quelle: Volkswagen 2010

3

RADAR = radiowave detection and ranging, verwendet Funkwellen

4

LIDAR = light detection and ranging, verwendet Laserstrahlen


5.1 Funktionale Herausforderungen

167

Bild 5-1 Fahrerassistenzsysteme bei Audi, Toyota und Volkswagen: oben links: Audi active lane assist; unten links: Personen- und Ball-Erkennung im Toyota; oben rechts: Tempolimitwarner von Bosch; unten rechts: Parklenkassistent im VW Touran

Auf jeden Fall sind moderne PKWs heute in der Lage, sich weitgehend automatisch zu bewegen und zwar auch bei hohen Geschwindigkeiten. Natürlich haben die Auto-Entwickler zweifelsfrei den Vorteil, Funktionen für die Sicherheit konzipieren zu dürfen, ohne die Sicherheit verantworten zu müssen. Denn verantwortlich ist im Auto letztlich immer noch der Fahrer und das wird wohl auch noch eine ganze Zeit lang so bleiben. Zwei weitere Entwicklungen laufen in der Automobil-Branche, die wohl über kurz oder lang Einzug in die FTS-Welt finden werden: Zunächst ist da die Kommunikation in Verbindung mit der Lokalisation. Via Satellitennavigation bestimmen die Autos ihre Position und sind mittels Funk in der Lage, untereinander, aber

168

5 Die nächste Epoche

auch mit peripheren Einrichtungen wie Ampelanlagen, Schranken und Verkehrsleitrechnern, Daten auszutauschen. Hier gibt es sicher vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, alle mit den Zielen, Unfälle zu vermeiden, den Durchsatz der Straßen zu erhöhen und den Energieverbrauch zu senken. Die Positionsbestimmung hat beim Auto noch den Vorteil, dass der Fahrer sich über den Standort seines Wagens informieren lassen kann, nach einem Diebstahl, einer durchfeierten Nacht in fremder Stadt oder auf dem riesigen Messe-Parkplatz eine Funktion, die man so beim FTS in den wenigsten Fällen brauchen wird. Last but not least werden alternative Antriebsquellen entwickelt. Die altbekannten Diesel- und Benzinmotoren werden verbrauchsoptimiert und alternative Energiespeicher und -wandler finden Einzug ins Auto. Innovative Batteriekonzepte (LiIon) oder die Brennstoffzelle seien hier stellvertretend genannt. Damit sind die Schwerpunkte und die Kapitelüberschriften für die folgenden Seiten bereits definiert, wo wir uns allerdings wieder ganz auf das FTS konzentrieren wollen.

5.1 Funktionale Herausforderungen Funktionale Herausforderungen ergeben sich aus den Erfahrungen mit heutigen Systemen. Man erwartet in Zukunft etwas mehr, was uns dazu zwingt, neue Wege zu gehen. Tabelle 5-1 nennt einige typische funktionale Anforderungen an die Systeme der Zukunft. Tabelle 5-1 Funktionale Herausforderungen an das FTS der Zukunft

5

Bezeichnung

Beschreibung

truly autonomous driving

Zum echt autonomen Fahren braucht es keine künstlichen Marken zur Navigation, aber die integrierte Sicherheit sowie mehr Mitdenken.

Hindernisse umfahren

Hindernisse erkennen (Objekterkennung) und umfahren, ggf. melden.

Störungen erkennen

Störungen im Ablauf erkennen und beherrschen: Andockposition korrigieren, alternative Andockstation anfahren, melden. Gefährliche Situationen müssen gemeistert werden.

Palettenfinder5

Generelle Funktion, um ein Lastaufnahmemittel aufnehmen zu können, obwohl es nicht optimal positioniert ist.

LKW-Beladung

Selbständiges Ausmessen des Laderaums und optimiertes Beladen. Erste Lösungen gibt es bereits, sind allerdings noch zu unflexibel und im Vergleich zur LKW-Beladung durch einen manuellen Stapler zu langsam.

Schnelles Lernen

Neue Aufgaben schnell lernen, z. B. durch eine Erkundungsfahrt, bei planmäßigen oder außerplanmäßigen Layoutänderungen, für ein neues FTF in der Flotte.

engl. pallet finder


169

zu Tabelle 5-1 Bezeichnung

Beschreibung

Fließender Verkehr

Gerade im Outdoor-Einsatz ist ein verantwortliches Mitschwimmen oder Mitmachen wichtig. Dazu gehört die angepasste, auch hohe Geschwindigkeit.

Schnelles Agieren

Die Aktionen müssen schneller werden. Dazu gehören das Fahren, das Lasthandling und die Kommunikation mit peripheren Einrichtungen.

Sprachsteuerung

Der Operator muss erkannt und seine Befehle verstanden werden: Warte!, Wohin fährst Du?, Bringe diese Palette ins Lager!

Energieverbrauch und Batterieentsorgung

Der Umweltschutz hat auch die Logistik erreicht. Der Energieverbrauch, aber insbesondere auch die Umweltverträglichkeit der Batterieentsorgung, spielt eine immer größere Rolle.

Der eine oder andere FTS-Hersteller wird einwenden, dass man dies oder jenes doch bereits realisiert hat. Das ist sicher richtig und lobenswert trotzdem bleibt genügend Raum, diese Funktionen für die Zukunft sicher, schnell und zuverlässig zum Standard zu machen. Fasst man solche Anforderungen zusammen, kommt man zu drei wesentlichen funktionalen Gruppen, die sich zukünftig entwickeln und in den folgenden Unterkapiteln beschrieben werden.

5.1.1 DriveSafe Die Integration von Navigation und Sicherheit Auf der folgenden Abbildung (Bild 5-2) eines FTF aus den Anfängen (Erste Epoche) sieht man deutlich die Komponenten für die Navigation (Finger in einer Nut im Boden) und die Sicherheit (Drahtgestell als Sicherheits-Bügel). In den nächsten Epochen gab es diesbezüglich wohl Weiterentwicklungen, aber es bleibt auch heute noch beim klassischen parallelen/separaten Aufbau der beiden Funktionen. Klassisch: Magnetsensorleiste für die Navigation und Laserscanner für den Personenschutz. Letztlich wird solange navigiert, bis ein Sicherheitssensor den Stopp gebietet. Das FTS agiert in der Welt der blinden Robotik, so wie der blinde Mensch, der mit seinem Langstock die nähere Umgebung erkundet. Wir haben also bis heute kaum eine Wahrnehmung der Außenwelt. Das FTF arbeitet lediglich einprogrammierte Abläufe aufgrund von weitgehend internen Sensoren ab. Hoffentlich empfindet der Leser diese Zeilen nicht als Diffamierung des FTS; in den vorigen Kapiteln konnte klar gezeigt werden, dass heutige Fahrerlose Transportsysteme zuverlässig, sicher und leistungsfähig sind aber in diesem Kapitel geht es um die Zukunft. Der Laserscanner hat eine große Bedeutung in der Welt des FTS bekommen. An fast allen neuen FTF befindet sich mindestens ein solcher Personenschutz-Scanner. Diese Technologie ist bewährt und von der BG zugelassen. Trotzdem: Ein Abtasten einer einzigen Schnittebene ist und bleibt unbefriedigend. Lasten, die oberhalb dieser Schnittebene in den Fahrbereich des FTF hineinragen, werden nicht erkennt. Ein Unterfahr-FTF im Klinikum schafft es problemlos, unter dem querstehenden Krankenhaus-Bett hindurch zu fahren, ohne dass der Scanner ein Hindernis meldet. Problemlos ist das allerdings nur, solange das FTF keine Last trägt!

170


Bild 5-2 Schlepper aus den 1960er Jahren (Quelle: E&K); Analogie mit dem Langstock des Blinden

DriveSafe bedeutet letztlich nichts anderes als das Öffnen der Augen. Stellen wir uns vor, was es für den Blinden bedeuten würde, wäre er plötzlich in der Lage zu sehen. Er könnte auf den Langstock verzichten und ganz anders auf seine Umwelt reagieren. Bemühen wir ein anderes Bild für den gleichen Sachverhalt: Stehende Peilung bei Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) Stehende Peilung kennt der ein oder andere aus der Luftfahrt oder der Schifffahrt. Macht der Hobbysegler z. B. seinen Segelführerschein, lernt er über den Kurs der anderen Schiffe die Gefahr einer Kollision zu beurteilen: Wenn das sich nähernde Schiff • den Horizont frisst, wird es vor dem eigenen Schiff vorbeifahren, • den Horizont ausspuckt, geht es hinter dem eigenen Schiff vorbei. Wenn die Peilung zwischen Schiff und Horizont steht, sich also nicht verändert, dann liegen beide Schiffe auf Kollisionskurs! Was hat das mit FTS bzw. FTF (Fahrzeug) zu tun? FTF fahren und navigieren. Navigieren bedeutet die Kombination aus Koppeln und Peilen. Was macht ein FTF bei stehender Peilung, d. h. auf einem Kollisionskurs mit einem anderen bewegten Objekt? Dieses andere bewegte Objekt kann ein Gabelstapler sein, ein Mitarbeiter zu Fuß oder auf dem Fahrrad, oder etwas ganz anderes ganz egal, weil unsere heutigen FTF die drohende Kollisionsgefahr gar nicht bemerken. Heutige FTF navigieren nämlich solange stur weiter, bis der Personenschutzsensor anspricht. Dann heißt es Stopp und die Gefahr ist gebannt. Dieses Vorgehen funktioniert ja auch absolut sicher, und war/ist ausreichend für geordnete Verhältnisse in Produktionsbereichen, in denen sich ausschließlich erwachsene und eingewiesene Mitarbeiter bewegen. Getreu dem Motto Man ist ja Mensch, man denkt ja weiter! reicht


171

dieses Verhalten im täglichen Leben nicht aus. Wenn wir durch die Fußgängerzone laufen und bemerken, dass sich ein anderer Fußgänger mit stehender Peilung quer von uns bewegt, werden wir schnellstens eine Ausweichstrategie suchen, um der drohenden Kollision zu entkommen. Wir laufen entweder etwas schneller oder langsamer bzw. verändern unseren eigenen Kurs nach links oder rechts. Das ist für uns Menschen einfach, für heutige FTF unmöglich. Aber warum sollte ein FTF so etwas können? Nun, weil sich die Einsatzbereiche von FTS verändern. Der Einsatz von FTS in Krankenhäusern ist seit zehn Jahren üblich, aber mittlerweile fahren die Fahrzeuge nicht mehr nur in den abgeschiedenen Kellern, sondern quer durch die Eingangshalle des Spitals oder über die Flure der Krankenstationen. Hier treffen die FTF nicht mehr nur auf eingewiesene Mitarbeiter, sondern auf völlig unbedarfte Menschen, und zwar besonders auf kranke und behinderte Menschen, spielende Kleinkinder oder hastendes Pflegepersonal. Oder denken wir an den vermehrt auftretenden Outdoor-Betrieb. Automatische Fahrzeuge bewegen sich plötzlich auf dem Werksgelände, inmitten von z. T. betriebsfremden Personen und LKW-Fahrern. Der präventiv intelligente Umgang mit der stehenden Peilung steht stellvertretend für eine neue Generation von Intelligenz, die wir DriveSafe nennen wollen und letztlich eine Integration der FTF-Funktionalitäten Navigation und Sicherheit sowie neuartiger Sensorsysteme bedeutet. Im übertragenen Sinn hat Stehende Peilung aber auch für die gesamte FTS-Branche eine Bedeutung. Stellen wir uns diese als ein mittelgroßes Schiff auf einem Kurs über die Meere vor, dann gibt es da einen Ozeanriesen, der ebenfalls zügig unterwegs ist und zwar mit stehender Peilung! Gemeint ist die Automobilindustrie, die mit ihren Fahrerassistenzsystemen jede Menge Entwicklungsarbeit leistet. Für jede Mittelklasse-Limousine sind AutomatikFunktionen erhältlich, die einem FTF gut zu Gesicht stehen würden: Automatisches Einparken, Kolonnefahren, Abstandhalten, intelligente Nachtsicht und Verkehrszeichenerkennung; dazu gehören die modernen Sensorsysteme und die Auswertesoftware, die wir im FTS der vierten Epoche ebenfalls benötigen. Die FTS-Branche muss um im Bild zu bleiben dringend ihren Kurs korrigieren bzw. Fahrt aufnehmen, um nicht vom Ozeanriesen (Automobilhersteller) oder der mitlaufenden Riesenwelle (OEMs) überrollt zu werden! Das bedeutet, dass sich die FTS-Branche aktiv den Anforderungen der Zukunft stellen muss. Sie muss sich wieder mal selbst hinterfragen; sie muss die Einflüsse von außen sowie die Anforderungen und Bedürfnisse der zukünftigen Kunden analysieren. Letztlich geht es darum, mit klar definierten eigenen Kernkompetenzen die Eigenständigkeit sicherzustellen.

5.1.2 Autonomes Miteinander Intelligentes Agieren Heutige FTS sind zentral/zentralistisch gesteuert. Die FTS-Leitsteuerung übernimmt die zentralen Funktionen und beauftragt die Fahrzeuge. Diese werden nur mit den Informationen gefüttert, die sie zur Ausführung ihrer Aufgabe benötigen. Alle Koordinationsaufgaben liegen bei der Leitsteuerung. Je mehr Intelligenzleistung wir vom System FTS erwarten, desto intelligenter werden die einzelnen FTF sein müssen. Wenn wir sehende6 Fahrzeuge wollen, müssen sich diese alle erfor6

Der Wunsch nach sehenden FTF heißt nicht a priori die Fokussierung auf Stereo-Kameras als zentrale Sensoren. Welche Techniken sich durchsetzen werden, ist für die Sache unwichtig.

172


derlichen Informationen selbst beschaffen und auswerten. Dazu wird es vermehrt Kommunikation mit peripheren Einrichtungen aber auch unter den FTF geben. Die Fahrzeuge werden sich gegenseitig informieren, warnen und möglichst auch helfen. Es gibt seit geraumer Zeit Forschungen zum Thema Schwarm-Intelligenz. Hier wird untersucht, warum Vogelschwärme geradeaus fliegen, obwohl sich die einzelnen Vögel kreuz und quer im Schwarm bewegen. Auch Ameisen- oder Bienenvölker agieren im Verbund sehr effektiv und erfolgreich, wohingegen ein einzelnes Tier in der Welt verloren ist. Es scheint verwegen, diese Überlegungen auf ein FTS mit vielen Fahrzeugen übertragen zu wollen obwohl den FTS-Herstellern der Gedanke an die vielen FTF gefallen dürfte. Trotzdem kommen aus diesen grundlegenden Untersuchungen Hinweise, wie man Intelligenz und Entscheidungskompetenzen im Fahrzeug-Verbund organisieren muss/kann. Eine konkrete Wunschvorstellung wäre beispielsweise, ein intelligentes Fahrzeug denken wir an ein Gabelhub-FTF oder einen Schlepper als Ein-Fahrzeug-System ohne großen Installationsaufwand nutzen zu können. Bringt man dann ein zweites oder drittes FTF hinzu, könnte diese kleine Gruppe sofort arbeiten, ohne dass eine FTS-Leitsteuerung und übergeordnete Funktionalitäten hinzugefügt werden müssten. Die Fahrzeuge könnten so selbsterklärend sein, dass sie vom Betreiber selbst in Betrieb genommen werden, ohne Unterstützung durch den Hersteller. Die hier prognostizierten Verhaltensweisen von FTF werden in den heutigen FTS-Anwendungen nur begrenzt Sinn machen, sondern es wird um neue Anwendungen und vielleicht auch neue Märkte gehen. Der Einsatz kleiner intelligenter Fahrzeuge war bisher nicht möglich, worin letztlich auch der Grund für die fehlenden Anwendungen liegen könnte. Bedarfsfälle wird es sicher im riesigen Feld der Servicerobotik geben, aber auch in der Intralogistik, nämlich da, wo es nicht um die großen, starren Materialströme geht, sondern um das ständige, hochflexible Holen und Bringen; beispielsweise in der Kommissionierung, wo nicht mehr der Mitarbeiter an unendlichen Reihen von Regalen entlang läuft, sondern die Ware bedarfsgerecht zum Mitarbeiter kommt.

Tabelle 5-2 Anteile an einer zentralen FTF-Intelligenz Bezeichnung

Beschreibung

DriveSafe

Eine Zukunftsvision entsprechend Kap. 5.1.1

Bilderkennung

Objekte, Personen, Kategorien, Situationen

Video-Erkennung

Interpretation von bewegten Bildern, Abläufen und Gesten

Rücksicht auf Verkehrsteilnehmer

Einschätzung von Geschwindigkeiten, Richtungen und Absichten

Geräusche

Erkennen und Lokalisieren

smooth behavior

Sensitive Kopplung von Sensorik und Bewegungsmotorik


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5.1.3 Energiemix Modernes Energiemanagement In der gegenwärtigen dritten FTS-Epoche gelingt es relativ gut, die Energieversorgung der FTF auszulegen. Die Ingenieure der FTS-Hersteller sind heute in der Lage, die Anwendung schnell und sicher einzuschätzen. Sie verwenden relativ einfache Regeln: • Einfaches Montageoval: Berührungslose Energieübertragung möglich • Sonst Bleibatterien oder NiCd entsprechend den Eigenschaften, die in Kapitel 3.3 beschrieben sind. Die Zusammenarbeit zwischen den FTS-Herstellern und den Batterie-Zulieferern klappt so gut, dass vorhersagbare, funktionierende Systeme entstehen. Problematisch ist vielleicht, dass es für bestimmte Konstellationen keine langlebigen Batterien gibt, so dass diese nach wenigen Jahren ausgetauscht werden müssen. Das ist keine unüberbrückbare Hürde solange dieser regelmäßige Batterieaustausch dem Kunden bekannt und vom FTS-Lieferant kalkuliert ist. Zukünftig wird die Energiesituation nicht mehr so einfach sein. Neue Technologien drängen auf den Markt, die höhere Energiedichten oder andere Einsatzmöglichkeiten versprechen.

5.1.3.1

Innovative Batterien

Der Lithium-Ionen-Akkumulator ist der wohl wichtigste Vertreter der neuen Batterietechnologien. Seit fast zwanzig Jahren drängen diese Akkus in unsere hochtechnischen Minigeräte wie Handy, Smartphone, Laptop, Foto- und Video-Kamera. Seit kurzem wird aber auch der Einsatz in mobilen Fahrzeugen im Rahmen der Elektromobilität erprobt. Erste Versuche im FTF hat es auch bereits gegeben.

Bild 5-3 Ein LiIon-Akkumulator (Quelle: Claus Ableiter, Varta)

Nun hat die Art der Verwendung Einfluss auf die Leistungsentnahme und damit auf die Möglichkeiten und Strategien der Aufladung. Damit steht und fällt aber die Lebensdauer sowie die Leistungs- und Energiedichte des Akkus. An dieser Stelle wird schon deutlich, dass es keine einfache Regel geben kann, um die Einsetzbarkeit eines so komplexen Energiespeichers im FTF zu beurteilen. Klar ist, dass dieser Akku einen besonders schonenden Umgang erfordert, weil Fehler beim Umgang gefährliche Konsequenzen haben können. Mögliche Fehler sind: mechanische Be-

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schädigungen, Kurzschlüsse, zu starkes Laden oder Entladen einer einzelnen Zelle. Dann wird eine Zelle instabil, erhitzt sich stark und es besteht akute Brandgefahr. LiIon-Akkus benötigen zuverlässige BMS7, die über Jahre jede einzelne Zelle optimal behandeln, d. h. das Laden und Entladen muss für jede einzelne Zelle individuell erfolgen. Auf jeden Fall besteht konkrete Brandgefahr, wenn • es bei mechanischer Überbelastung zu inneren Kurzschlüssen kommt, • es durch zu hohe Außentemperaturen zum Schmelzen des Separators zwischen Kathode und Anode kommt, • der Akku zu viel Wasser abbekommt (defekte Akkus reagieren heftig mit Wasser), • die Sensoren für Temperatur- und Spannungsüberwachung ausfallen sollten. Noch ist unklar, wie die Hersteller diese Gefahren beurteilen und in den Griff bekommen. Wobei hier mehrere Gruppen von Herstellern gemeint sind: Erstens die Hersteller der Batterien, dann die Automobil-Hersteller und letztlich die FTS-Hersteller. Vielleicht verzichtet man in näherer Zukunft auch erst einmal auf diese Technologie und beschränkt sich mit dem NiMH-Akkumulator. Oder man setzt gleich auf eine der vielen Weiterentwicklungen wie den Lithium-Polymer-Akku, den Lithium-Titanat-Akku, die Super Charge Ion Battery, den Lithium-Mangan-Akkumulator, den Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator oder den Zinn-Schwefel-Lithium-Ionen-Akkumulator.

5.1.3.2

Kondensatoren

Mit dem Ziel, ganz oder teilweise auf Akkumulatoren zu verzichten, bringen sich Doppelkondensatoren vermehrt ins Gespräch. Sie verfügen aufgrund ihrer besonderen Bauform über eine deutlich höhere Energiedichte als konventionelle Kondensatoren. Sie sind auch unter den Markennamen Goldcaps (Panasonic), Supercaps (WIMA), BoostCaps (Maxwell) oder Ultracaps (EPCOS) bekannt. Der Doppelschichtkondensator nutzt den von Helmholtz8 bereits 1856 beschriebenen Effekt der Ausbildung einer Doppelschicht beim Anlegen einer Spannung an in eine leitende Flüssigkeit getauchten Elektroden. Daher werden diese Kondensatoren auch als elektrochemische Doppelschichtkondensatoren bezeichnet. Im ungeladenen Zustand verteilen sich die geladenen Teilchen (Ionen) gleichmäßig in der leitenden Flüssigkeit, dem Elektrolyten, der sich zwischen den Elektroden befindet. Beim Anlegen einer Spannung wandern die negativen Ionen an die positive und die positiven an die negative Elektrode. Es bildet sich an beiden Elektroden eine Doppelschicht mit spiegelbildlicher Ladungsverteilung aus. Doppelschichtkondensatoren sind Batterien hinsichtlich ihrer spezifischen Leistungsdichte deutlich überlegen. Der Aufbau entspricht in etwa dem einer Batterie. Zur Realisierung kompakter Systeme mit geringem Innenwiderstand bietet sich eine gewickelte Anordnung an. Ihre Zyklenlebensdauer ist kondensatortypisch hoch. Die Eigenschaften und die Zuverlässigkeit konnten in den vergangenen Jahren deutlich gesteigert werden. Dadurch eröffnen sich Anwendungsmöglichkeiten im FTF.

7

BMS = Battery Management and Monitoring System

8

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz, 1821 bis 1894, deutscher Physiker


175

Die wesentlichen Vorteile der Doppelkondensatoren gegenüber Batterien: • Kurze Ladezeiten: kurzfristiges Laden über berührungslose Energieübertragung und durch Rekuperation9 z. B. bei Nutzbremsung • Extrem hohe Lebensdauer • Sehr einfaches Ladeverfahren: Bei Anlegen einer konstanten Spannung ist kaum eine Ladestromüberschreitung und kein Überladen möglich • Gute Puffereignung zur Reduzierung von Batteriegewichten.

Bild 5-4 Vergleich der Leistungs- und Energiedichten einiger Energiespeicher (Quelle: MovGP0, Wikimedia Commons CC-BY-SA-2.0-DE)

Auch hier steht die Entwicklung nicht still. Man arbeitet in den Laboren bereits an Nanogate-Kondensatoren10 mit einer Energiedichte, die zehnmal größer ist, als die heutigen Doppelschichtkondensatoren.

5.1.3.3

Brennstoffzelle

Wir wollen uns hier auf die gebräuchlichste Form des Brennstoffzellen-Begriffs beschränken, nämlich auf die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle. Genau genommen ist die Brennstoffzelle kein Energiespeicher wie der Akku oder der Kondensator sondern ein Energiewandler, der zur Stromproduktion den Brennstoff Wasserstoff benötigt. Die technischen Grundlagen würden auch hier zu weit führen, wir betrachten die FTS-relevanten Eigenschaften mit dem Ziel, die zukünftigen Möglichkeiten besser erahnen zu können. 9

Rekuperation = Stromrückspeisung

10

z. B. das japanische Unternehmen Japan AE Power Systems Corporation

176


Die Automobilindustrie11 forscht seit fast zwanzig Jahren an dem Einsatz der Brennstoffzelle in Autos. Dabei gibt es unterschiedliche Lösungsansätze: Während die meisten Hersteller den mit der Brennstoffzelle erzeugten Strom direkt zum elektrischen Antrieb nutzen, verwendet BMW bei seinem E68 (7er Baureihe) den Wasserstoff direkt im Verbrennungsmotor für den Antrieb und erzeugt in der Brennstoffzelle den notwendigen Bordstrom. Auf die Problematiken der Herstellung und Speicherung von Wasserstoff wollen wir hier nicht weiter eingehen, obgleich diese Themen direkt die Preiswürdigkeit und die Umweltverträglichkeit des Verfahrens beeinflussen. Für den Einsatz im FTS werden folgende Vorteile12 angegeben: • hohe Effizienz und hoher Gesamtwirkungsgrad • keine Schadstoffemission, nur Wasserdampf • stetig effiziente Energieversorgung • hohe Zuverlässigkeit • verschleiß- und damit wartungsarm • lange Betriebsdauer • geräuscharmer Betrieb. Bild 5-5 zeigt Brennstoffzellen-Stacks mit jeweils 24 Zellen. Diese Pakete haben eine Polymermembran und spritzgegossene Bipolarplatten. Sie haben eine Größe (LxBxH) von 22 x 14 x 16 cm und ein Gewicht von 3 kg. Sie liefern jeweils eine Nennleistung von 500 W.

Bild 5-5 Brennstoffzellen-Stacks mit jeweils 24 Zellen und 500 W (Quelle: ZBT)

Die Idee ist der Austausch der Traktionsbatterie durch ein gleichwertiges System. Solch ein System besteht aus den Komponenten: • Wasserstoffspeicher • Brennstoffzellenmodule • Kompressor 11

BMW, Daimler, Ford (bis 2009), GM, Honda, Toyota, VW

12

ZBT Zentrum für Brennstoffzellen Technik, Duisburg. Prof. Dr.-Ing. habil. Gerd Witt


177

• Kühler • Zwischenspeicher • Grundplatte. Die Batterie wird durch ein gleichwertiges System ausgetauscht. Im vorhandenen Bauraum sind alle Systemkomponenten untergebracht, die die gleiche Energie bereitstellen, wie die ersetzte Batterie. Es wird davon abhängen, wie die generelle Frage der Infrastruktur bezüglich der Wasserstoffversorgung beantwortet wird, ob die Brennstoffzelle beim FTS und vor allem bei den klassischen Staplern Erfolg haben wird. Prädestiniert sind sicher große Betriebe als FTS-Anwender, die aufgrund ihrer Prozesse und Produkte sowieso Wasserstoff verwenden.

5.1.3.4

Energiemix

Wenn es zu den heutigen Energiespeichern zukünftig zusätzlich alternative Techniken geben wird, dann steigt der Bedarf an Know-how, um das Thema Energieversorgung des FTF umfassend behandeln zu können. Erschwerend kommt hinzu, dass es zukünftig mehr Kombinationen aus den genannten Techniken sein werden, die das optimale Energiesystem ergeben (Energiemix). Wir kennen diese Entwicklung im Automobilbau: Es sind heute nicht nur entweder Diesel- oder Benzinautos, sondern komplexe Hybridfahrzeuge, die aufgrund der vielfältigen Anforderungen an moderne Autos notwendig werden. Die Frage, welche Kombinationsmöglichkeiten sinnvoll sind, ist heute schwer zu beantworten, weil wir doch erst am Anfang einer neuen Energieära des FTS stehen. Vielleicht hilft es, wenn man den Energiebedarf eines Fahrzeugs grob in Leistungsbereiche einteilt: • Standby-/Ruhezustand • Fahren/Grundbedarf • Lasthandling/kurzfristige Spitzenleistungen. Tabelle 5-3 Eignung der Energielieferanten im FTS für unterschiedliche Leistungsbereiche Technologie

Standby

Fahren

Spitzen


+

Konventionelle Traktionsbatterien (Blei- oder NiCd-Akkumulatoren)

+

+

O

LiIon-Akku (stellvertretend für innovative Akkumulatoren)

O

+

+

Doppelkondensatoren

+

+

Brennstoffzelle

O

+

Erklärung der Symbole:

Nicht geeignet:

Bedingt geeignet: O

Sehr geeignet: +

178


Tabelle 5-3 gibt eine erste Einschätzung der Eignung der zur Verfügung stehenden Techniken für diese Leistungsbereiche. Eine erste Auswertung der Tabelle führt zu einigen vereinfachten Aussagen bezüglich sinnvoller Kombinationen: • Die berührungslose Energieübertragung ruft geradezu nach einer Unterstützung durch kleine, innovative Akkus oder durch den Doppelkondensator. • Doppelkondensatoren werden wohl nicht in der Lage sein, ein FTF komplett mit Energie zu versorgen, sondern immer nur unterstützend eingesetzt werden. • Die konventionellen Traktionsbatterien haben bewiesen, dass sie die gesamte Energieversorgung eines FTF abdecken können, solange der Einbauraum zur Verfügung steht. Sie können aber auch in kleiner Bauform die berührungslose Energieübertragung unterstützen. • Innovative Akkumulatoren spielen ihren Joker der kleinen Bauform aus, wenn Größe und Gewicht ein wichtiges Kriterium ist. Der Preis und die Sicherheit arbeiten dem noch entgegen. • Die Brennstoffzelle benötigt einen optimalen Betriebspunkt, für den sie ausgelegt wird. Darüber hinaus sollte sie durch einen Akku oder einen Kondensator unterstützt werden. Ihr größtes Manko: Es bedarf einer umfangreichen Infrastruktur. Die Aufgabe der Ingenieure wird also darin bestehen, dem Kunden die optimale Kombination oder Einzellösung anzubieten. Dazu ist es aber unabdingbar, die Kriterien festzulegen, nach denen optimiert werden soll. Heute ist es so, dass die technische Machbarkeit bei Auswahl des Energiesystems klar an oberster Stelle steht, dann gefolgt von der Investition bzw. dem Anteil an der Investition, der durch die Batterien und die Ladetechnik gebildet wird. So langsam steigt aber das Interesse der Anwender, nicht nur die Erstinvestition, sondern die Gesamtkosten während eines Betrachtungszeitraums zu beurteilen. Dann können sich teurere, aber langlebige Techniken durchaus lohnen. Ganz abgesehen davon sind die Systempreise der hier als neu und innovativ dargestellten Techniken sicher noch mehr in Bewegung als die der konventionellen Traktionsbatterien, so dass ein regelmäßiges Update der Leistungsdaten und Preise in den Konstruktionsbüros der FTS-Hersteller angeraten ist. Ein weiteres Auswahlkriterium für Logistiklösungen wird zukünftig auch für das FTS relevant sein: Der Umweltschutz und die Nachhaltigkeit unserer Entscheidungen. Bemüht man die Google-Suche mit dem Begriff green logistics, findet die Maschine heute13 innerhalb von 0,17 Sekunden 17,1 Mio. Ergebnisse. So werden immer mehr Anwender auf eine umweltschonende und ressourceneffiziente Intralogistik achten und den heutigen Batteriesystemen kritischer gegenüber stehen. Für eine weniger emotionale sondern rationale Betrachtung der FTS-Energiesysteme fehlen noch die anerkannten Bewertungsschemata. Hier ist der VDI aufgerufen, aktiv Hilfestellungen zu geben. Es müssen Mittel und Wege gefunden werden, das Abschneiden der Energiesysteme unter green logistics-Kriterien zu bewerten und zwar unter klarer Maßgabe der Systemgrenzen. Damit ist gemeint, dass nicht nur die Umweltauswirkungen während des Betriebs (Effizienz und eventuelle Emissionen), sondern auch die Herstellung und Entsorgung der Systeme Betrachtung finden müssen.

13

24.08.2010, deutsche Suchmaschine google.de

5.2 Entwicklung der Märkte

179

Die Optimierungskriterien zukünftiger Energiesysteme sind: 1. Technische Kriterien (Leistungsbedarf der Anlage, Einbauraum im FTF, Gewicht) 2. die Erstinvestition 3. die TCO über einen Betrachtungszeitraum 4. erforderliche Infrastruktur 5. Gefahren und Wartungsbedarf der Techniken 6. Zielsystem green logistics im Sinne eines nachhaltigen Unternehmenswertes. Die Aufgabe des FTS-Herstellers beginnt jetzt also bereits dort, wo die potentiellen Kunden hinsichtlich ihres Denkens eingeschätzt werden müssen. Oder die Flexibilität des Lieferanten ist so groß, dass er projektbezogenes Engineering mit dem Kunden betreibt. Dazu ist es notwendig, den Leistungsbedarf der FTF über typische und extreme Zyklen möglichst genau abzuschätzen, um die Energieauslegung nicht über- und nicht unter zu dimensionieren eine anspruchsvolle Aufgabe!

5.2 Entwicklung der Märkte Schnell ist die Frage gestellt, wie groß denn der FTS-Markt sei. Sollte der Leser darauf eine kurze Antwort erwarten, wird er wohl enttäuscht werden. Denn zum einen ist der FTS-Markt heute und insbesondere zukünftig nicht mehr so klar definiert wie z. B. noch in der zweiten FTS-Epoche. Sowohl die Anwendungen als auch die Anbieter verändern sich stark. Zum anderen steckt ja hinter der Eingangsfrage immer eine Motivation. • So stellt der potentielle FTS-Anwender die Frage nach dem Markt, weil er wissen will, ob er bei seiner Systementscheidung auf das richtige Pferd setzt. Eigentlich will er wissen, inwieweit seine Marktbegleiter bereits FTS einsetzen und wohin der Trend geht. • Der FTS-Hersteller fragt sich, ob seine eigene Marktposition zu verbessern ist. Also sucht auch er den Vergleich mit seinen Marktbegleitern in diesem Fall mit den anderen FTSHerstellern. Darüber hinaus hat er es selbst in der Hand, durch seine eigene strategische Ausrichtung Märkte zu generieren oder zumindest zu entwickeln. • Anbieter aus dem Bereich Intralogistik wollen untersuchen, ob es sich für sie lohnt, ebenfalls in das FTS-Geschäft einzusteigen. Hier hängt der Erfolg sicher nicht von hochgerechneten Marktzahlen ab, sondern vom Produkt und dem Markteinstieg. • Komponenten-Hersteller wollen wissen, ob es generell genügend Absatzpotenzial für ihre Produkte gibt und können deshalb noch am ehesten etwas mit knappen Marktzahlen anfangen. Also wollen wir zumindest auf die FTS-Anlagenanalyse14 des PSLT der Universität Hannover verweisen, ohne deren Zahlen zu zitieren. Beschränken wir uns auf die zwölf Mitglieder des VDI-Fachausschusses FTS und des Forum-FTS, so wurden von diesen in 2009 weltweit ca. 120 FTS mit durchschnittlich sechs Fahrzeugen in Betrieb genommen. Wagt man es jetzt noch, 14

Jährlich erscheinende Jahresauswertung der Befragung von ca. zwanzig europäischen FTSHerstellern. Durchgeführt vom Fachgebiet Planung und Steuerung von Lager- und Transportsystemen im Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Leibniz Universität Hannover

180


einen Anlagenpreis von 650.000 für eine solche durchschnittliche Anlage zu schätzen, kommt man auf einen Umsatz von ca. 78 Mio. . Schätzt man dann noch, dass die organisierten FTS-Hersteller ca. 60 % des Marktes ausmachen, ergibt sich eine grobe Hausnummer für das europäische Marktvolumen von 130 Mio. . Es muss aber klar sein, dass solche Schnellschüsse genauso falsch wie richtig sind und für die oben genannten Motivationen für die Marktfrage kaum einen Wert haben. Es ist in jedem Fall legitim zu fragen, warum der Markt nicht größer ist, zumal wir ja im zweiten und dritten Kapitel dieses Buches gesehen haben, dass das FTS ein probates Mittel ist, die Intralogistik zu optimieren. Deshalb wollen wir hier die Hemmnisse auflisten, die sicher Teile der Antwort auf die Frage beinhalten. Man kann die Hemmnisse einteilen und teilweise den Märkten zuordnen. Zunächst sind da die allgemeinen wirtschaftlichen Hemmnisse: Grundsätzlich gilt aus Verkäufersicht fast immer, dass sich Produkte besser verkaufen lassen, wenn Sie preiswerter werden. Dabei steht die Erstinvestition den Projekten oft im Wege. Alternative Finanzierungsmodelle wären wünschenswert, insbesondere solche, die kalkulierbare Kosten ohne Risiko bedeuten. Die Wirtschaftlichkeitsrechnung ergibt meist, dass sich nur ein Rund-um-die-Uhr-Einsatz des FTS sicher lohnt. Dagegen ist der 1-Schicht-Betrieb wirtschaftlich oft uninteressant. Häufig werden die Wartungs- und Instandhaltungskosten als zu hoch eingeschätzt. Im Vergleich zu anderen Fördersystemen sind diese Kosten oft 50 % höher. Die Betriebsmittel- und Qualitätsvorgaben mancher großer Anwender machen das FTS teuer. Genauso verhält es sich mit den europäischen und auch kundenspezifische Sicherheitsanforderungen (Stichwort: Personenschutz-Scanner, Mehrkanaligkeit der Elektrik). Wir wollen uns jetzt einigen Aspekten der klassischen und neuen Märkte widmen und abschließend die Frage stellen, wie sich FTS-Lieferanten in Zukunft aufstellen werden.

5.2.1 Die klassischen FTS-Märkte Hier wollen wir die technischen Hemmnisse als Basis für die zukünftigen Entwicklungspotenziale betrachten. Ganz generell wissen wir, dass FTS der dritten Epochen immer im Rahmen eines Projektes eingeführt werden. Davon haben wir in den beiden letzten Kapiteln einiges lesen können. Noch hat es niemand geschafft, automatische Fahrzeuge wie ein Produkt zu verkaufen doch dazu später mehr. Die folgende Tabelle listet die zunächst die technischen Hemmnisse auf. Tabelle 5-4 Technische Hemmnisse für ein Wachsen der Märkte Thema

Beschreibung

DriveSafe

9 Fehlende Intelligenz: Navigation auch in komplexen Umgebungen erforderlich 9 Universelle/preiswerte Lösung für 3D-Hinderniserkennung und Umfahrung fehlen 9 Sicherheitsanforderungen aus der Maschinenrichtlinie heraus aufwendig/unpassend


181

Zu Tabelle 5-4 Thema

Beschreibung

Leitsteuerung

9 Leitsteuerungen sind meist nur für FTS, aber nicht zusätzlich für andere Fördersysteme geeignet 9 Verschiedene FTF-Typen müssen unter einer Leitsteuerung laufen können 9 FTF unterschiedlicher Hersteller müssen unter einer Leitsteuerung laufen können 9 Fehlende Flexibilität der Leitsteuerung bei Änderungen der FTSFunktionalität 9 Ist eine Leitsteuerung überhaupt erforderlich? Stichwort: Schwärme, Multiagentensysteme, Internet der Dinge

Energieversorgung

9 Leistungsfähigere Energiespeicher erforderlich 9 Lebensdauer der Traktionsbatterien ist mitunter zu kurz 9 Laden der Batterien stört den Ablauf und kostet zusätzliche FTF

Lasthandling

9 Es fehlen sichere, industrietaugliche und standardisierte Lösungen 9 Geschwindigkeiten der Lastspiele ist viel zu niedrig (absolut und im Vergleich zum Gabelstapler) 9 Einsatzflexibilität der FTF noch nicht hoch genug 9 Erkennung der Qualität des Ladehilfsmittels sowie Sonder-Handling oder Zurückweisung beschädigter Paletten 9 Multi-funktionale Lastmodule fehlen

Inbetriebnahme und Betrieb

9 Inbetriebnahme muss einfacher werden! 9 Die erforderlichen Schulungen kosten Zeit und Geld 9 Die Anforderungen an die Qualifikation der Mitarbeiter ist zu hoch 9 Fahrkursanpassungen müssen einfacher werden 9 Service und Wartung muss weiter verbessert werden

Schnittstellen zu ande- 9 der FTS-gerechte Boden ist eigentlich ein Hemmnis, weil aufwendig zu ren Gewerken sanieren 9 Planung ist immer noch zu komplex 9 uneinheitliche Schnittstellen zu peripheren Einrichtungen 9 Technische Regelwerke, insbesondere europäische Normen fehlen oder sind zu kompliziert 9 Technische Regelwerke verkomplizieren und verteuern

182


Bild 5-6 FTF von sieben unterschiedlichen Herstellern unter einer FTS-Leitsteuerung15, bisher nur im FTS-Ballett auf der Hannover Messe 2009 realisiert (Quelle: Forum-FTS)

Der Outdoor-Einsatz ist bis heute ein Sonderfall; es werden vergleichsweise wenige OutdoorProjekte realisiert. Dabei ist einschränkend zu sagen, dass hier unter Outdoor-Einsatz gemeint ist, dass bedingungslos draußen gefahren wird. Handelt es sich nur um kurze Strecken, die z. B. Hallen verbinden und teilweise geschützt, vielleicht sogar überdacht sind, sprechen wir hier nicht von einem Outdoor-Einsatz. Um diesen Unterschied verständlich zu machen, stelle man sich einen Mitarbeiter vor, der sich für einen Aufenthalt im Freien vollständig wetterfest anzieht, weil er lange und vollständig dem Wetter ausgesetzt ist, oder aber keinen Mantel anzieht, weil er nur kurz von einem Gebäude zum anderen gehen muss. Zusätzliche Hemmnisse für den echten Outdoor-Einsatz: • Limitierte Geschwindigkeit der FTF • Begrenzte Führungspräzision • Begrenzte Präzision bei der Lastübernahme • Sichere, zugelassene und kostengünstige 3D-Hinderniserkennung fehlt • Universelle preiswerte Lösungen für die Navigation fehlen. Über die genannten Hemmnisse ist es den Herstellern möglich, durch Eigeninitiative Wettbewerbsvorteile zu generieren. Die klassischen FTS-Märkte werden sich verändern. Zum einen wird eine neue Technik-Generation neue Möglichkeiten für das FTS bewirken; dazu haben wir im vorigen Unterkapitel einiges lesen können. Weitere Veränderungen wird es aufgrund von Trends in der Produktionstechnik geben:

15

openTCS das offene FTS-Leitsystem. openTCS = Open Transportation Control System. www.opentcs.org


183

• Steigerung der Flexibilität Generell steigen die Produktvielfalt und die Varianten. Die Losgrößen sinken, die Laufzeiten eines Produktes ebenfalls. Diese Entwicklungen verlangen nach einer Produktionsund Logistik-Technik, die genauso flexibel ist wie die Welt der Produkte. Monatliche oder gar wöchentliche Umstellungen der Produktionseinrichtungen werden keine Besonderheit sein. • Nachverfolgbarkeit der Prozesse Ob es nun Anforderungen von außen eventuell der Gesetzgebung oder innen sind, spielt nur eine untergeordnete Rolle. In jedem Fall nimmt die IT-Durchdringung unaufhaltsam zu. Manuelle Lösungen (z. B. mit mannbedienten Gabelstaplern) sind nur mit gut ausgebildetem (teurem) Personal und dann noch aufwendig und unsicher machbar. Aus den genannten Gründen erwarten wir, dass immer mehr Branchen FTS-Anwender werden.

5.2.2 Neue Märkte Mit neuen Märkten sind Anwendungen des automatischen Fahrens außerhalb der klassischen Intralogistik zu verstehen, wie wir sie im 2. Kapitel beschrieben haben. Viele dieser Anwendungen kommen aus dem großen Feld der Servicerobotik. Eine Idee der mitunter nicht neuen Themenfelder gibt die Tabelle 5-5. Sie werden hier aber nicht thematisiert.

Tabelle 5-5 DriveSafe Anwendungsgebiete außerhalb des klassischen FTS Einsatzbereich

Beschreibung

Privat

9 Servicerobotik: Bodenreinigung, Rasenmähen, Pool-Reinigung 9 Persönlicher Begleiter (auch Elderly Care) 9 Spielzeuge und Hobby, auch Trainer und Lehrer

Gewerblich

9 Flughafen 9 Krankenhaus (Warenlogistik, automatische Krankenstühle und -betten, assistierende Roboter) 9 Hotel (Koffertransport, mobile Minibar, Begleiter) 9 Entertainment (PeopleMover und Attraktionen) 9 Schutz und Überwachung 9 Fassaden-, Tank- u. Pipeline-Reinigung

Landwirtschaft

9 Melken 9 Sähen und Ernten

Öffentlich

9 PeopleMover: City-Logistik 9 Servicerobotik: Auskunft, Führung 9 Automatische Parkhäuser

Militär und Katastrophe

9 Spähen und Erkunden 9 Aufklären und Retten

184


Zusätzliche Hemmnisse für diese neuen Produkte, Dienstleistungen und Märkte, insbesondere für den Einsatz in Bereichen mit Publikumsverkehr, sind: • Für kleine FTF (max. 20 kg Nutzlast) fehlen Konzepte und Anbieter • Fehlende Integration der Sensor- und Steuerungstechnik der beiden Funktionen Sicherheit und autonomes Fahren (DriveSafe) • Sicherheitsanforderungen und Zuständigkeiten unklar • Sichere, zugelassene und kostengünstige 3D-Hinderniserkennung fehlt • Erforderliche Baugröße und Gewicht der fahrbaren Plattformen • Standardisierte mobile Plattformen fehlen • Autonome Navigation (ohne künstliche Marken) • Roboter auf FTF (mobiler Roboter) ungeklärt: Sicherheits-, Zulassungs-, Zuverlässigkeits-, Energieversorgungsfragen.

Bild 5-7 Die mobile Bühne: Präsentationen und Interviews direkt an den Ständen der Hersteller. Möglich durch das frei-navigierende FTF auf der Hannover Messe 2010 (Quelle: Forum-FTS)

Die Servicerobotik ist an sich ein unerschöpfliches Thema, das wir hier nicht annähernd erschöpfend behandeln können und wollen. Wir werden aber feststellen, dass die Thematik nicht vollständig an unserer bestehenden FTS-Welt mit ihren heutigen FTS-Herstellern vorbei gehen wird. Bild 5-8 zeigt die Kombination aus bewährter FTS-Technik mit innovativen Elementen (Navigation ohne künstliche Marken).


185

Bild 5-8 Die mobile Minibar: Einer der ersten Serviceroboter eines klassischen FTS-Herstellers (Quelle: MLR 2009)

Eine wesentliche Frage stellt sich aber in jedem Fall: Wie wird die Rolle der heutigen FTSHersteller zukünftig sein? Wie wollen und werden sie sich positionieren?

5.2.3 Kernkompetenzen der Anbieter Während der zu Ende gehenden FTS-Epoche 3 herrschen klare Verhältnisse: Es gab die Flurförderzeug-, die FTS- und die Roboter-Hersteller. Überschneidungen gibt es kaum. Aufgrund der vorne beschriebenen Veränderungen wird es zukünftig aber zu Verschiebungen kommen: • Flurförderzeug-Hersteller beginnen darüber nachzudenken, bestimmte Typen ihrer Produktpalette auch automatisiert anzubieten. • Roboter-Hersteller sehen neue Anwendungsmöglichkeiten, wenn ihre Produkte mobil wären. • Komponenten-Hersteller sehen sich in der Lage, Fahrzeuge komplett zu automatisieren und werden damit letztlich zu FTS-Herstellern. • Komponenten-Hersteller bieten derart komplette Systembausteine an, dass unerfahrene Branchen-Neulinge sich trauen, FTS anzubieten. Solche kompletten Systembausteine umfassen die Antriebstechnik, die Energieversorgung, die Spurführung und die Kommunikation.

186


Zu diesen Bewegungen auf der Anbieterseite addieren sich die Zuwächse bei den Anwenderbranchen. So erhalten gerade in den neuen Branchen unerfahrene Firmen eine Chance, die zwar noch kein FTS gebaut haben, aber auf angrenzenden Gebieten bewährte Lieferanten der Branche sind. Die klassischen FTS-Hersteller haben es schwerer, weil ihnen die nötigen Branchen-Kenntnisse fehlen. Neu-Einsteigern wird es dagegen immer leichter gemacht, weil die wesentlichen FTF-Komponenten immer kompletter und leistungsfähiger einzukaufen sind. Üblicherweise unterbieten sie anfangs das bestehende Preisniveau deutlich, auch wenn die ersten Projekte dann nicht immer technisch und wirtschaftlich erfolgreich sind. Warum bekommen sie ihre Chance? Weil sie in der Branche (vielleicht als Lieferant von stationärer, maschinennaher Förder- und Zuführungstechnik) bereits bekannt sind, sich dort bestens auskennen und der Preis stimmt. Branchenfokus Also wird es für die klassischen FTS-Hersteller immer schwieriger, sich auf allen Märkten (in allen Branchen) erfolgreich zu bewegen. Der Vertriebs-Aufwand wäre auch viel zu hoch. Eine Branchen-Konzentration tut also Not. Bisher haben die wenigsten FTS-Hersteller einen klaren Branchen-Fokus. Tabelle 5-6 Aktivitäten-Plan für Branchen-fokussiertes Marketing Stichwort

Beschreibung

CRM

9 Wissen über Branchen- und Konzernverflechtungen 9 Wissen über die Produktionsstandorte samt personellen Verantwortlichkeiten

Branchen-Datenbank

9 Verbände und Zusammenschlüsse 9 Veranstaltungen: Messen, Fachtagungen, regelmäßige Treffen 9 Zeitschriften, Internet-Portale, andere Organe

Typische Zulieferer

9 Andere Branchen, die mit der Zielbranche starken Kontakt haben, können Partner sein. 9 Kooperationen mit anderen Branchen-Kennern aufbauen und nutzen

Konkrete Marketing-Intrumente

9 Fotos, Videos als Basis für die nächsten Punkte 9 Broschüren, Flyer extrem Branchen-fokussiert! 9 Internetauftritt extrem Branchen-fokussiert! 9 Bedienung der Internet-Portale wie Wikipedia, YouTube, Xing, 9 Fachbeiträge und Werbung in Fachzeitschriften

Inhouse-Veranstaltungen

9 Messen, Ausstellungen 9 Workshops und Tagungen 9 Seminare und Schulungen


187

Ein Branchen-Fokus bedeutet nicht, dass der FTS-Hersteller nur noch Projekte in der ausgewählten Branche abwickeln darf. Es bedeutet lediglich, dass die aktiven Marketing- und Vertriebsbemühungen auf bestimmte Zielgruppen abzielen. Basis sind Key-Account-Manager, die ein professionelles CRM16 pflegen. Nur dann kann eine vertrauensvolle Zusammenarbeit mit den Kunden aufgebaut werden. Spezialisierung Es gibt noch andere Möglichkeiten der Spezialisierung. So kann es die Spezialität eines FTSHerstellers sein, Montage-FTF für die Serienmontage zu bauen. Allerdings wäre auch in diesem Fall ein Branchen-Fokus gesetzt, weil solche Serienmontagen ja nicht in zu vielen Branchen zu finden sind. Spezialisierungen können außerdem für schwere Lasten oder den Außeneinsatz erfolgen. Denkbar ist auch eine Konzentration auf das Niedrigpreissegment. Die Vorteile einer Fokussierung, z. B. auf eine oder wenige Branchen sind: • Der Kundenkreis ist überschaubar und leichter zu betreuen. • Die eigenen Kenntnisse für die Belange der ausgesuchten Branchen können ein Niveau erreichen, auf dem mit dem Kunden auf Augenhöhe Lösungen gefunden werden. • Das Marketing kann wesentlich gezielter und effizienter arbeiten. Es ist klar, welche Messen, Kongresse und Fachtagungen besucht werden müssen. • Aus der Gesamtmenge der komplexen FTS-Technik wird nur eine Teilmenge wirklich benötigt. Damit reduzieren sich die personellen Ressourcen in den technischen Abteilungen Entwicklung, Konstruktion und technischer Vertrieb. Kompetenzcenter DriveSafe Eine ganz andere Art der Konzentration und Spezialisierung ist der Fokus auf die Funktionalität DriveSafe. Sie ist zukünftig wegweisend, beschreibt das sichere Fahren und kann als Kernkompetenz ausgebaut werden. Das Produkt solcher DriveSafe-Anbieter wäre dann nicht mehr das FTS, sondern die mobile Plattform bzw. Produktfamilien von mobilen Plattformen. Firmen, die Lösungen aus dem Bereich der neuen Anwendungen (Kap. 5.2.2) vermarkten wollen, könnten sich dieser mobilen Plattformen bedienen und darauf ihre Applikation aufbauen. Der DriveSafe-Anbieter würde dafür Sorge tragen, dass der Serviceroboter • ein geeignetes Fahrwerk bekommt (Bewegungsverhalten, Platzbedarf, Geschwindigkeiten), • mit einer passenden Energieversorgung ausgestattet ist, • zuverlässig navigiert und • sicher (in Sinne von Betriebssicherheit und der gesetzlichen Vorschriften) funktioniert.

16

CRM = Customer-Relationship-Management

188


Projekt- oder Produktgeschäft Überaus spannend wird die Frage werden, wer es als erster schafft, den FTS-Vertrieb nicht Projekt- sondern Produkt-bezogen zu verstehen, und zwar in Ergänzung oder als Vertriebsalternative zum Projektgeschäft. Denn das Projektgeschäft ist mühsam: Jede Anfrage muss sorgfältig ausgearbeitet, konzipiert und kalkuliert werden. Nicht nur im Vertrieb, sondern auch in der mechanischen und elektrischen Konstruktion sowie in der Projektierung werden Leistungen erbracht. Die Vision ist verlockend: Automatische Fahrzeuge, die in Serien gebaut werden können, werden von den Kunden quasi von der Stange gekauft und selbst in Betrieb genommen. Auf diese Idee kommen zurzeit sowohl einige klassische FTS-Hersteller und auch BranchenNeulinge. Die klassischen FTS-Hersteller suchen nach neuen Vertriebswegen, um ihr Geschäft zu vergrößern, und die Branchen-Neulinge wittern ihr Geschäft, weil die erforderliche Technik in leistungsfähigen Komponenten zur Verfügung steht. Mittlerweile steht beispielsweise die optische Spurführung für automatische Radfahrzeuge bereits in jedem besseren Lego®-Baukasten zur Verfügung. Aber auch die großen Hersteller der manuellen, klassischen Flurförderzeuge fragen sich, ob es möglich ist, ihre FFZ17-Baureihen nicht auch automatisiert zu verkaufen. Tabelle 5-7 Neue Vermarktungswege für das Produkt FTF Vertriebsweg

Beschreibung

Katalog

9 Für Fabrikbedarf 9 Für Werkzeuge 9 Für Lager- und Ladehilfsmittel

Konfigurator

9 Im Internet sind Konfiguratoren auf den Seiten der Automobilhersteller üblich. Ebenso könnte der Interessent in einem FTF-Konfigurator mit wenigen Klicks prüfen, ob seine Anwendung für das Produktgeschäft geeignet ist und welche Funktionalität er benötigt. Abschließend gibt es Bilder vom fertigen Produkt samt Preise und Bestellformular.

Outlet

9 Fabrikverkauf, also der von Fachpersonal durchgeführte Direktverkauf in den Niederlassungen des Herstellers 9 Direktverkauf bei ausgesuchten lokal tätigen Partner-Unternehmen.

Externe Vertriebsstrukturen

9 Händlernetze der FFZ-Hersteller 9 Lokale Partner für Wartung und Service 9 Baumarktketten

17

FFZ = Flurförderzeug


189

Die technischen Voraussetzungen bzw. Randbedingungen für ein solches Tun sind erst mal klar: • Die Anwendungen, die im Visier der Marketing-Strategen stehen, müssen einfach sein, was zunächst den Verzicht auf eine klassische FTS-Leitsteuerung und komplexe Layouts bedeutet. • Sie müssen ebenfalls in Bezug auf die peripheren Schnittstellen einfach sein, bzw. über keine verfügen. • Die Navigation muss einfach sein also entweder ganz ohne künstliche Marken auskommen, oder höchstens einen Farbstrich auf dem Boden erfordern. So wird es sicher bald Produkte geben, die nach heutigem Verständnis FTF sind, aber nicht mehr so heißen: Wir sind gespannt auf kreative Namensgebungen. Zunächst werden es einfache Fahrzeuge sein, die Standardaufgaben erledigen können, wie z. B. Aufnahme und Transport einer Palette oder das Ziehen eines Anhängers. Dann ergeben sich neue Wege der Vermarktung, wobei hier nicht absolut neue, sondern nur auf den FTS-Markt bezogene neue Wege gemeint sind. Die Zukunft des FTS wird spannend werden. Wird der Begriff FTS überhaupt fortbestehen? Vielleicht wird das automatische Fahren ja eine Standard-Funktionalität, die als selbstverständlich in andere Produkte und Lösungen integriert sein wird. Im Kern steht die Frage, wie sich die Anbieter aufstellen werden. Was werden sie zukünftig verkaufen (wollen)? FTS, automatische Fahrzeuge, Intralogistik-Lösungen oder Systemelemente aus dem Bereich DriveSafe? Wer werden die Kunden sein? Was wird der Nutzen für den Kunden sein? Das FTS war und ist eine faszinierende Technologie. Roboterfahrzeuge, die wie von Geisterhand geführt das Material bewegen, haben neben den rein technischen und wirtschaftlichen Aspekten immer auch eine emotionale Seite. Auch wenn wir Menschen uns immer mehr an automatisierte Systeme gewöhnen, so wird das FTS der vierten Epoche doch wesentlich intelligenter und leistungsfähiger als die der vorigen werden, so dass die Faszination der Fahrerlosen Transportsysteme auch in Zukunft erhalten bleibt die Welt wird bunter!

190

Sachwortverzeichnis 4-Rad-Fahrwerkskinematik 34 A Ableitfähigkeit, elektrische 127 Abnahme 158 Abweiser 128 Aggregate-Montage 17 Akkumulator 117 Aktionsauftrag 101 aktiv-induktive Spurführung 5 aktiver Vertriebsprozess 31 aktiv-induktive Leitspur 79 akustisches Warnsignal 129 Ampel 116 Ampelanlage 128 Änderungsplanung 139, 160 Angstvorrat 30 Antrieb 4 Anwenderdokumentation 103 Applikations-Modellierung 101 f. Auftragsdurchlaufzeit 103 Auftragsstatistik 103 Aufzug 116, 131 Ausschreibung 154 Außeneinsatz 24, 30 Außerbetriebsetzung 139, 160 automatische Batterieladestation 129 automatische Parkhäuser 13, 183 automatische Tür 116 autonomes Miteinander 171 AWT-Anlage 64 B Batterieentsorgung 169 Batterieladestation, automatische 129 Batterietechnik 5 Bearbeitungsstation 97 Bedarfsanalyse 141 Bedienrechner 96 Benutzer-Interface 99 Berechnung der Fahrzeuganzahl 149 berührungslose Energieübertragung 117, 122 ff. berührungslose Sensoren 25

Beschaffung 139 Betriebsarten 118 Betriebsplanung 139, 159 Bilderkennung 172 Blei-Akkumulator 122 Blei-Fließ-Batterie 123 Blei-Gel-Batterie 123 Bleisäure 117 Blei-Säure-Batterie 123 Blocklager 50 Blockstrecke 101 Blockstreckensteuerung 79 Blockungsbereich 101 BMS = Battery Management and Monitoring System 174 Bodenanlage 15 Bodenmarkierung 128 f. Bodenverhältnisse 24 BoostCaps 174 Bordrechner 5 Boxenfertigung 21 Branchenfokus 186 Brandabschnittstor 116 Bremsvermögen 24 Brennstoffzelle 117, 123, 175 Brownfield 150 Brownfield-Projekt 137 Bumper 1, 94 C Clients 96 CRM = Customer-RelationshipManagement 187 CWA = Container-Waschanlage 130 D Datenfernübertragung 97 Datenübertragung 5, 9 Dauermagnet 80 Deckennavigation 87 dGPS 27, 88 Diagnose 101, 103 Diagnose & Service 118 Diagonalfahrzeug 34

G. Ullrich, Fahrerlose Transportsysteme, DOI 10.1007/978-3-8348-9890-6, © Vieweg+Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011

Sachwortverzeichnis Dienstleistungssektor 14 Diesel-FTF 106 differential GPS 27 Doppelkondensator 123 Doppelleiter 80 Doppelschichtkondensator 117, 174 Dornstapler 62 Drehstromantrieb 121 Dreirad-Fahrwerk 120 DriveSafe 169, 172 Druckfestigkeit 127 Durchsatz 103 E Ebenheit 127 EHB 20 eigenverantwortliche Planung 138 Einplatinenrechner 114 Einsatzumgebung 126 Einschienen-Hängebahn (EHB) 19 Elastomere 118 Elderly Care 183 elektrische Ableitfähigkeit 127 Emulation 101, 104 Endmontage 6 Energiebilanz 103 Energiemanagement 40, 115, 173 Energiemix 173, 177 Energieübertragung , berührungslose 117, 122 ff. , induktive 9, 86 Energieverbrauch 169 Energieversorgung 122 Entertainment 183 Ersatzteilversorgung 159 F Fahrauftrag 17, 101 Fahrauftragsabwicklung 100 Fahrerassistenzsystem 167 Fahrerlose Transportsysteme (FTS) 1 Fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) 4, 75, 104 Fahrwerk 119 Fahrzeug , flächenbewegliches 120 , linienbewegliches 120 Fahrzeugauslastung 103

191 Fahrzeugbau 6 Fahrzeugdisposition 100 Fahrzeugführung 76 Fahrzeugsteuerung 4, 114 Fahrzeugtyp 15 Fassadenreinigung 13 Fehlerstatistik 103 Fehllieferung 30 Fertigungssteuerungssystem 97 flächenbewegliches Fahrzeug 120 Flatterband 128 Flexibilität 15 fließender Verkehr 169 Fließlinienbetrieb 16 Fließliniensystem 17 Flughafen 183 Flurförderzeug (FFZ) 19 flüssiger Elektrolyt 123 Forum-FTS 164 Freiflug 88 frei-navigierende FTF 184 FTF-Kategorie 105 FTF-Typ 15 FTS-Anwender 179 FTS-Erstberatung 165 FTS-gerechte Gebäudeplanung 150 FTS-Hersteller 179 FTS-interne Materialflusssteuerung 99 FTS-Leitsteuerung 16 f., 75, 95 FTS-Markt 179 FTS-Planung, ganzheitliche 136 FTS-Projekt 165 Fünfrad-Fahrwerk 120 Funktionsblock Energiemanagement 117 Fahren 116 Lastaufnahme 117 Manager 116 Überwachung & Sicherheit 117 G Gabelfahrzeug 6, 15 Gabel-FTF 66 Gabelhub-FTF , automatisiertes Seriengerät 105 , eigens konstruiert 105 Gabelhubwagen 19 Gabelstapler 19, 50

192 ganzheitliche FTS-Planung 136 Gebäudeeinrichtung 116 Gebäudenavigation 9, 87 gebundener Elektrolyt 123 Gefällestrecke 127 Gehmaschine 13 Genehmigung 157 Generalunternehmer-Projekt 139 Getränkeindustrie 50 Gleichstromantrieb 121 Goldcaps 174 GPS-Navigation 27 GPS-Satellitennavigation 27 green logistics 179 Greenfield 150 Greenfield-Projekt 137 Gütertransport 2 H HACCP 65 Halbautomatikbetrieb 118 Handbetrieb 118 Handwagen 19 Hilfefunktion 103 Hindernisse umfahren 168 Hochregallager 51 Hotel 183 HRL 51 Hubstation 97 Huckepackfahrzeug 6 Huckepack-FTF 15, 105 Hüllkurve 120 Hüllkurvensimulation 102 Hybridsystem 122 f., 126 I Inbetriebnahme 157 Indoor-Einsatz 127, 133 Indoor-GPS 85 induktive Energieübertragung 9, 86 induktive Leitspur 86 induktive Spurführung 2, 5, 79 Informationsfluss 30 Infrastruktur 150 Infrastrukturmaßnahme 30 Inneneinsatz 30 innerbetriebliche Logistikabläufe 30 Instandhaltung 159

Sachwortverzeichnis intelligentes Agieren 171 Intralogistik 1, 13 Investition 144 Ist-Analyse 140 K kapazitive Entladung 123 Katastrophe 183 Kernkompetenz 185 Kette 128 Key-Account-Manager 187 klassische Lasernavigation 87 Klettermaschine 13 Kliniklogistik 64 Kommissionierbehälter 18 f. Kommissionierung 18 f. Kommissionierzone 18 f. Kompetenzcenter DriveSafe 187 Komponenten-Hersteller 179 Konzeptfindung 141 Koppeln 77 Koppelnavigation 80, 88 Kosten , direkte 144 , indirekte 144 Krankenhaus 183 künstliche Marke 80 Kunststoffbügel 25, 93 L Ladehilfsmittel 108 Lage 77 Lagermanagement 58 Lagerverwaltungssysteme (LVS) 97 Landwirtschaft 183 Laser 9 Lasernavigation 9, 15, 27, 83 , klassische 87 Laserscanner 25, 83, 93 Lastaufnahmemittel 115 Lastenheft 152 Lastübergabestation 5 Lastwechselvorrichtung 97 Layout 21 Layoutflexibilität 21, 60 Layoutplanung 149 Leistungsverzeichnis (LV) 152 Leitblech 129

Sachwortverzeichnis Leitdraht 86 Leitdraht-Spurführung 9 Leitspur , aktiv-induktive 79 , induktive 86 , optische 79, 86 , passiv-induktive 79 , virtuelle 79 Leitsteuerung 15 Lenkung 4, 121 mit geometrischem Lenkeinschlag 121 ohne geometrischem Lenkeinschlag 121 Lern-Modus 118 Lichtschranke 128 Lieferanten-Planung 138 Lift 116 LiIon-Akku 174 linienbewegliches Fahrzeug 120 Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator 174 Lithium-Ionen (LiIon) 123 Lithium-Ionen-Akkumulator 173 Lithium-Mangan-Akkumulator 174 Lithium-Polymer-Akku 174 Lithium-Titanat-Akku 174 LKW-Beladung 52, 168 LKW-Entladung 52 Logistikabläufe, innerbetriebliche 30 Low-Cost Fahrzeug 9 LPR (Local Positioning Radar) 85 M Magnetfeldsensor 79 Magnetnavigation 9, 15, 83, 86 Magnetpunkt 9 Magnetpunktfolge 60 Magnetraster 64 Magnetsensorleiste 81 manuelles Flurförderzeug 20 Materialfluss 30 Materialflussrechner 97 Materialflusssimulation 104 Materialflusssteuerung 97 Mecanum-Rad 120 mechanischer Bügel 94 Mehrplatinenrechner 114 Metallband 79 Metallstreifen 79 Microcontroller 114

193 Militär 183 Militärtechnik 13 Mini-FTF 105 mobile Bühne 184 mobile Minibar 185 mobile Werkbank 6 Montage-FTF 105 Montagelinie 18 Montageplattform 16 Montagesystem 17 Motorenmontage 17 N Nachverfolgbarkeit der logistischen Prozesse 30 Nanogate-Kondensator 175 Navigation 5, 75 f. Navigationsverfahren 5, 15 NiCd 117 NiCd-Akkumulator 122 Nickel-Cadmium-Batterie 123 Nickel-Metall-Hybrid (NiMh) 123 NiMH-Akkumulator 174 Not-Aus Taster 93 Notaus-Schaltkreis 115 Notstoppbügel 1 O Odometrie 77 optische Leitlinie 4 optische Leitspur 79, 86 optische Spurführung 3, 79 optisches Warnsignal 129 Organisationsmittel 15, 136 ortsfeste Marken 77 Ortung 77 Outdoor 24 Outdoor-FTF 24 P P&F-Anlage 64 Palettenfinder 168 Parabolspiegel 128 passiver Vertriebsprozess 31 passiv-induktive Leitspur 79 Peilung 77, 80 Pendelklappe 128 PeopleMover 13, 106, 183

194 periphere Einrichtung 131, 150 Personenschutz 3 f., 15, 25, 93 Personenschutz-Scanner 115, 169 Personenschutz-System 93 persönlicher Begleiter 183 Pflichtenheft 156 physische Leitlinie 79 Polyamid 118 Pose 77 Position 77 Positionsbestimmung 77 Produktgeschäft 188 Produktionsbereich 14 Produktionsplanungssysteme (PPS) 97 Produktionssteuerung 97 Programmdokumentation 103 Projektgeschäft 136, 188 Prozessabbildverwaltung 101 f. Prozesskette 14 Pufferauslastung 103 Punktfolge 81, 86 R Radkonfiguration 64, 119 Radnabenantrieb 121 Rahmendaten 142 Rammschutz 128 Raster 81, 87 Raumhöhe 127 räumliche Restriktion 127 RBG 54 Real Time Kinematic Differential GPS 28 realtime kinematik dGPS 88 Regalbediengerät 54 Reibbeiwerte 24 Reibung 127 Return on Invest Betrachtung (ROI) 145 Rezeptmanagement 58 Roboter 97 Rollcontainer 64, 130 Rundumleuchte 128 S SAP 97 Satellitennavigation 88 Sauberkeit 127 Schaltleiste 115 Schaltmatte 128

Sachwortverzeichnis Schaltschrank 5 Schlepper 4, 6, 19, 105 Schleppwagen 2 schnelles Agieren 169 schnelles Lernen 168 Schranke 116, 128 Schwarm-Intelligenz 172 Schwerlast-FTF 62, 105 Sechsrad-Fahrwerk 120 Selbstdiagnose 103 Senkstation 97 Sensoren, berührungslose 25 Serienmontage 6 Service-Funktion 101 Servicerobotik 106, 183 Sicherheit 75 Sicherheitsprüfung 160 Sicherheitssystem 115 Sicherheitsvorrichtung 4 Simulation 101, 104, 146 smooth behavior 172 Softschaumbumper 25, 93 Sonder-FTF 106 speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 5, 114 Spezialisierung 187 Sprachsteuerung 169 Spurführung 4 , aktiv-induktive 5 , induktive 2, 5, 79 , optische 3, 79 Spurführungssystem 3 Stahlindustrie 62 Stand-alone Projekt 137 Standort 78 Standortbestimmung 83 starres Montageband (SMB) 19 f. stationäre Sicherheitseinrichtung 128 Statistik 101 f. stehende Peilung 170 Stehverhinderer 129 Steigungsstrecke 127 Stillstandszeiten 103 Störungen erkennen 168 Stützbatterie 122 Super Charge Ion Battery 174 Supercaps 174 Systemarchitektur FTS 96

Sachwortverzeichnis Systemauslastung 103 Systemausplanung 139, 146 Systemauswahl 142 , technische 143 , wirtschaftliche 143 Systemdiagnose 103 Systemdokumentation 103 Systemfindung 139 f. Systemleistung 15 T Taktbetrieb 124 Taxibetrieb 16 Taxizentrale 17 technische Feinplanung 149 Tor 131 Total Cost of Ownership (TCO) 145 Traglast 127 Traktion 24 Traktionsbatterie 122 f. Transponder 9, 27, 80, 87 Transponder-Navigation 27 Transportauftrag 17, 98 Transportauftragsabwicklung 99 Transportauftragsverwaltung 100 Transportschaden 30 Transportstreckenauslastung 103 Trittleiste 93 truly autonomous driving 168 Tür 131 U Übersetzvorrichtung 97 Ultracaps 174 Ultraschall-Keule 93 Unterfahr-FTF 66, 105

195 V VDI-Richtlinie 162 Verfügbarkeit 103 Verkehrsflächenbedarf 30 Verkehrsleitsteuerung 101 Versand 14 Vertriebsprozess , aktiver 31 , passiver 31 Video-Erkennung 172 Vierrad-Fahrwerk 120 virtuelle Leitspur 79 Visualisierungsrechner 96 Vollgummi-Reifen 118 Vormontage 6 Vulkollan® 118 W Wareneingang 14 Warenkorb 22 Warneinrichtung 93 Warnsignal , akustisches 129 , optisches 129 Wartebestände 30 Wartung 159 Werkstückträger 21 Wetterbedingungen 24 Worst-Case-Szenario 148 Z Zinn-Schwefel-Lithium-Ionen-Akkumulator 174 Zusatznutzen 145 Zwischenladung 123

Fahrerlose Transportsysteme: Die FTS-Fibel mit Praxisanwendungen, zur Technik, fur die Planung

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