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proANT 576 für Paletten ICE im Werk München Hauptbahnhof

Das ICE Werk München Hauptbahnhof erhielt von InSystems Automation eine vollautomatische Intralogistik mit einem autonomen Fahrerlosen Transportsystem (FTS). Das neue „proANT AGV 576“ wird  für den Transport von Gitterboxen und Europaletten (mit den Abmessungen 1.200 mm x 800 mm x 1.000 mm) zwischen Materiallager und Instandhaltungsebene eingesetzt. Zu den Besonderheiten der Applikation zählen einerseits die Einrichtung einer intelligenten Parkplatzverwaltung „Arrivial Selectors“ in den Gleisgassen, anderseits die Anbindung an das bestehende Aufzugssystem.

  • Branche: Deutsche Bahn
  • 1 Fahrzeug
  • Etagenwechsel mit Lastenaufzug
  • Automatische Auswahl des nächsten freien Palettenplatzes

Bilderquelle: DB Fernverkehr AG, ICE-Werk München

Aufgabenstellung, Ausführung und Kundennutzen

Ziel des Projekts war es, die Belieferung der Instandhaltungsgleise mit Material aus dem Lager durch automatisierte Systeme durchzuführen. Hierfür hat InSystems ein anforderungskonformes fahrerloses Transportsystem (FTS) entwickelt, das sich in die komplexe Umgebung des ICE Werks einfügt.

Das Unternehmen hat sich für das proANT AGV 576 vor allem deshalb entschieden, weil es nicht mehr genügend Fachkräfte für die innerbetriebliche Materialflussversorgung vorhalten und finden konnte. Die neue Technologie ermöglicht eine vollständig autonome Belieferung der Gleisgassen, unabhängig von zukünftigen Personalfluktuationen. Mitarbeiter, die sich bislang um den Transport gekümmert haben, können auf andere wertschöpfende Aufgaben umgesetzt werden.

Im neuen Transportroboter sind Lithium-Eisenphosphat LiFeYPo4 Batterien integriert, die voll aufgeladen einen reibungslosen Einsatz bis zu sechs Stunden ermöglichen und bei ordnungsgemäßen Gebrauch eine sehr lange Lebensdauer besitzen. Das Lithium-Eisenphosphat ist ungiftig und nicht brennbar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Li-Ionen Zellen scheidet sich bei Überladung kein metallisches Lithium ab und es wird kein Sauerstoff freigesetzt. Aufgeladen wird das Fahrzeug an einer 50A Ladestation. Diese verfügt einen Fahr-Lade-Faktor von 5, was wiederum heißt, dass der Transportroboter für jede Stunde, die er lädt, 5 Stunden fahren kann. Das FTF schafft den Transport von 450m länge etwa sieben Mal pro Stunde. Hierbei fährt es vollautomatisch mit dem Aufzug aus dem Keller in die Instandhaltungsebene, um das Material vom Materiallager an den Zug zu bringen.

Ausgangslage

Das ICE Werk München Hauptbahnhof wurde ab 1989 errichtet und sukzessive bis 1995 in Betrieb genommen. Das Werk hat eine Länge von 435 m, eine Breite von 50 m und eine Höhe von 14 m. Auf einer Gesamtfläche von ca. 36.000 m befinden sich 6 Hallengleise zur Durchführung betriebsnaher Instandhaltungsmaßnahmen an Hochgeschwindigkeitstriebzügen. Die Instandhaltungsarbeiten können dabei ergonomisch auf 3 Arbeitsebenen durchgeführt werden.
Bislang wurden für den Transport überwiegend Handhubwagen („Ameise“) verwendet oder es kamen Gabelhubwagen zum Einsatz, die mit Kraftstoff oder Blei-Säure Batterien betrieben wurden. Die Distanz zwischen Materiallager und den Materialbahnhöfen am Gleis beträgt zwischen 30 bis 450 m.

Projektbeschreibung

Das autonome Fahrerlose Transportsystem von InSystems Automation soll die Intralogistik im Werk optimieren. Der moderne Gabelhubwagen wurde in einer ersten Konfigurationsphase über einen eingebauten Joystick manuell bewegt. Hierbei wurden sämtliche von den Laserscannern aufgenommene Distanzprofile aufgezeichnet und mit den Daten aus den Motor-Encodern kombiniert, sodass eine Karte der Umgebung entsteht, welche die Konturen der umgebenen Objekte darstellt.

Auf der Grundlage der erstellten Karte beginnt die Einstellung der Fahrwegplanung über eine einfach verwendbare und flexible Visualisierung. Innerhalb der vorab gescannten Karte erhält der Roboter eine virtuelle Linie, der er im späteren Betrieb folgt und nicht verlässt. An definierten Knotenpunkten, so genannten Goals, können sodann verschiedene Aktionsbefehle eingestellt werden, etwa das Absetzen von Ladungsträger, das Öffnen von Türen oder die Überprüfung des Status einer Kreuzung. Ist der Roboter im Betrieb, startet er eine erste Lokalisierung zur Bestimmung seiner gegenwärtigen Position. Hierfür vergleicht er die aus seinen Laserscannern erkannten Entfernungsprofile mit den zusammengehörigen Teilen der Karte. Dieser Lokalisierungsalgorithmus erfolgt in regelmäßigen Abständen während des autonomen Fahrbetriebs, sodass der Roboter seine Position ständig verifiziert und zuverlässig navigieren kann.

„Arrival Selector“ – Automatische Auswahl des nächsten freien Platzes

Im Materiallager im Keller des IC Werks wurde ein Kommissionierbereich mit fünf Ladungsträgerstellplätzen angelegt und eine Verwaltung einegrichtet. Die Abstellplätze sind durch gelbe Linien am Boden markiert und dienen zur Bereitstellung der Paletten für den Transport und zur Abstellung von Paletten nach dem Rücktransport. Die Transportaufträge werden mittels einer graphischen Oberfläche erzeugt. In den Gleisgassen auf der Instandhaltungsebene werden ebenfalls jeweils drei Ladungsträgerstellplätze auf fünf Materialbahnhöfen eingerichtet. Damit der Roboter beim Anliefern von Paletten automatisch erfasst, welcher Platz am Materialbahnhof in der Gleisgasse belegt oder frei ist, ist ein Sensor über jedem Abstellplatz angebracht. Bringt das Fahrzeug eine Palette, wird der endgültige Platz im Materialbahnhof erst kurz vor der Ankunft festgelegt. Der Roboter navigiert in der eingelernten Karte auf einen sogenannten „Arrival Selector“, der an jedem Materialbahnhof eingerichtet ist. Dort angekommen, wird im Flottenmanagementserver der Status der Sensoren am Materialbahnhof ausgewertet. Der Roboter legt die Palette auf den ersten freien Platz. Sind alle Ladungsträgerstellplätze belegt, so bleibt das Fahrzeug stehen und meldet einen Fehler, bis ein Platz frei wird.

Nutzung Lastenaufzug für etagenübergreifenden Transport

Auf dem Weg zur Instandhaltungsebene vom Keller muss das Fahrzeug das bestehende Aufzugssystem verwenden. Dazu wurde eine Koppel-SPS im Raum der Aufzugssteuerung als elektrische Schnittstelle zwischen dem FTS und dem Aufzug eingebaut. Die Koppel-SPS empfängt Befehle vom Flottenmanagementserver und steuert den Aufzug durch das Setzen gewisser Signale, die wiederum die Taster des Aufzuges überbrücken. Zusätzlich wurden am Aufzug eine Lampe angebracht, um Mitarbeitern anzuzeigen, dass sich ein Fahrzeug im Aufzug befindet. Wird der Aufzug von einem Roboter reserviert, blinken die Lampen, bis das Fahrzeug den Aufzug wieder verlassen hat. Die Taster für den manuellen Ruf des Aufzugs sind währenddessen gesperrt.

Neben dem Transportroboter verkehren auf der Instandhaltungsebene ebenso manuell betriebene Förderfahrzeuge wie Gabelstapler. Sollte der Fahrweg durch einen Gabelstapler gesperrt sein, kann auf dem proANT und im Aufzug über einen Befehlsknopf das Fahrzeug angewiesen werden, eine Parkposition anzufahren, um den Verkehrsweg zu räumen.

Kundenvorteile:

  • Der autonom navigierende Transportroboter erledigt den Transport der Paletten vollständig autonom, sodass keine Mitarbeiter für Transportaufgaben eingebunden werden müssen
  • Das FTF ist ohne Veränderungen in der Infrastruktur wie Reflektoren installierbar und navigiert in einer anspruchsvollen dynamischen Umgebung
  • Erhöhung der Produktqualität und Prozesszuverlässigkeit
  • Engpässe in der Prozessversorgung werden minimiert
  • Transportaufträge werden präzise, effizient und sicher abgewickelt
  • Individuelle Einbindung in den Produktionskontext (Kommunikation mit dem Aufzug, Einrichtung von Materialbahnhöfen und einer intelligenten Ladungsträgerverwaltung)
  • Die Flotte der Transportroboter ist bei zukünftigen Produktionssteigerungen skalierbar.
  • Alle Materialbewegungen werden protokolliert. Der Materialfluss im Unternehmen wird transparent.
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