Spezifikation eines FTS

Spezifikation eines fahrerlosen Transportsystems in der Praxis

Die technische Herausforderung bei Applikation der autonomen Transportsysteme entsteht durch die vielfältigen Gegebenheiten bei den Kunden. Ohne umfassende Spezifikation kann kein effizientes Materialflussystem mit fahrerlosen Transportfahrzeugen realisiert werden.

Nicht nur die Fahrzeuge müssen individuell gestaltet werden, denn Lasten, Übergabehöhen und vorhandene Fördertechnik sind nie gleich, teilweise nicht einmal innerhalb eines Unternehmens. Auch die Kommunikation der Fahrzeuge mit den Produktionsmaschinen sowie des Flottenleitsystems mit der vorhandenen Produktionssteuerung, muss passgenau integriert werden. Nur so können aus dem Materialbedarf Transportaufträge erzeugt, der Produktionsablauf abgebildet und alle Sicherheitsanforderungen eingehalten werden.

Daher beginnt ein Projekt mit autonomen Transportfahrzeugen in der Regel mit der Erstellung eines Pflichtenheftes. Dafür müssen in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden alle Umgebungsbedingungen erfasst und die Anforderungen an das System ermittelt werden. Eine fachkundige Spezifikation ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Umsetzung eines Materialflusssystems mit fahrerlosen Ttansportfahrzeugen.

Spezifikation eines FTS

Spezifikation eines fahrerlosen Transportsystems

Kapazitätsbetrachtung

Folgende Bedingungen bestimmen, wie groß die Fahrzugflotte sein muss, um eine ausreichende Verfügbarkeit für die durchschnittliche Produktionsauslastung aber auch die Abdeckung von Produktionsspitzen zu erreichen:

  • Produktionsmengen und –geschwindigkeit, Art des Transportgutes
  • Produktionsumgebung: Länge der Transportwege, Anzahl Transporte je Stunde je Weg
  • Mögliche maximale Geschwindigkeit: Abhängig von den Gangbreiten, Häufigkeit querenden Personenverkehrs
  • Ladestationen: Wege, Verhältnis Ladezeit zu Transportzeit
  • Auftragsverwaltung: Anteil von Leerfahrten

Diese umfangreiche Betrachtung muss sowohl für die durchschnittliche Produktivität erfolgen, wie auch für zu erwartende Produktionsspitzen bis 100 % Produktivität.

Das Ergebnis ist die Anzahl der benötigten Fahrzeuge und Ladestationen für beide Produktionsauslastungen, aus der die Empfehlung für die Größe der Flotte abzuleiten ist.

Der Kapazitätsbetrachtung ist die Basis für die weitere Projektierung des Transportsystems und daher von größter Wichtigkeit. Sie erfordert ein genaues Verständnis der Produktionsabläufe auf Seiten des Planers und wird in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden erarbeitet.

Energiemanagement

Wurde durch die Kapazitätsbetrachtung die erforderliche Anzahl der Ladestationen ermittelt, so ist die Lage im Layout festzulegen. Wie unter Batterietechnik beschrieben, können die Fahrzeuge ohne negative Auswirkung auf die Kapazität und Haltbarkeit der Batterie, ja sogar für eine bessere Haltbarkeit, im laufenden Betrieb ständig nachgeladen werden. Hier handelt es sich um mögliche kurze Ladezeiten von ca. 40-60 s, wenn das Fahrzeug an den Übergabestationen steht. Wir bezeichnen das als Opportunity Charging.

Ebenso sind separate Ladestationen möglich, an die das Flottenmanagement die Fahrzeuge schickt, wenn sie gerade keine Transportaufträge auszuführen haben oder das Batteriemanagement es als erforderlich meldet.

Das Fahrzeug besitzt Ladekontaktflächen, die an der Ladestation gefedert kontaktiert werden. Erst wenn das Fahrzeug angedockt ist und der Kontakt zur Ladestation hardwaretechnisch bestätigt ist , fließt der Ladestrom. Sobald das Batteriemanagement dem Fahrzeug meldet, dass die Batterie voll geladen oder zu warm ist, wird der Ladevorgang beendet.

Auch bei der Planung der Ladestationen und Positionierung im Layout muss die erforderliche Batteriekapazität für eine durchschnittliche und eine volle 100%-Produktivität betrachtet werden.

Produktionsumgebung

Interface zu Maschinen oder Loadports

Die Fahrzeuge müssen mit den Maschinen oder den davorgestellten Loadports direkt kommunizieren.

Damit die Last sicher übergeben werden kann und nicht herunterfällt, muss sichergestellt sein, dass

  • das Fahrzeug richtig positioniert steht (Siehe Navigation)
  • beide Seiten wirklich zur Übergabe/Übernahme bereit sind
  • ein übergreifender Not-Halt möglich ist (Sieht beispielsweise ein Mitarbeiter, das die Last Übergabe fehlschlägt und drückt am Fahrzeug den Not-Halt Taster, so muss auch die Fördertechnik an der Maschine gestoppt werden)

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein hardwaretechnisches Handshakeverfahren zwischen den Fahrzeugen und den Übergabestellen umzusetzen.

WLAN – Ausleuchtung

Es müssen Messungen der WLAN Ausleuchtung auf der Produktionsfläche vorgenommen werden um die Anzahl und Position der Accesspunkte festzulegen. Ist die WLAN Abdeckung nicht überall ausreichend gegeben, könnten die Fahrzeuge den Kontakt verlieren und nicht mehr mit den anderen Fahrzeugen und ihrem Leitstand kommunizieren.

Wände und Konturen

Der Laserscanner arbeitet in einer bestimmten Höhe, möglichst knapp über dem Fußboden. Damit werden Konturen, die möglichst markant sein sollten, nur in dieser Höhe erkannt. Glaswände oder stark reflektierende Flächen können problematisch sein. Für diese Sonderfälle müssen geeignete Maßnahmen geplant werden, mit denen für den Laserscanner sichtbare Konturen erzeugt werden.

Fußboden

Der Fußboden sollte möglichst eben sein, leichte Rampen und Kanten können aber bewältigt werden.

Die Oberfläche des Fußbodens hat Einfluss auf den Bremsweg und damit auch auf die Parametrierung der Warn- und Schutzfelder des Sicherheitslaserscanners. Verschiedene Fußböden können unterschiedliche Konzepte bei Fahrwerk und Antriebsrädern bedingen.

Platzbedarf – Breite der Gänge, Gegenverkehr oder Kreisverkehr, Überholen

Die erforderlichen Wegbreiten sind in der Arbeitsstättenverordnung (Technische Regeln für Arbeitsstätten ASR A1.8 – Verkehrswege) festgelegt und von der Fahrzeugbreite abhängig, die wiederum von der Größe, Form und Gewicht der Last bestimmt wird.

Das Layout der Produktionsfläche muss hinsichtlich der Gangbreiten analysiert werden und Engstellen sowie Fluchtwege, Übergabestellen definiert werden. Dabei muss beachtet werden, dass die Fahrzeuge an Übergabestellen auch länger stehen und dadurch die Verkehrswege verengen. Schon in der Planungsphase muss eine Grobplanung im Layout vorgenommen werden, weil die Wegbreiten, Engstellen, Einbahnstraßen oder One-AGV Bereiche die möglichen Fahrgeschwindigkeiten und damit auch die Kapazitätsberechnungen beeinflussen.

Software

Zum Betreiben einer Fahrzeugflotte wird ein Flottenleitsystem benötigt, bei InSystems wird diese Software als AIC (AGV Interface Controller) bezeichnet.

Der AIC besitzt eine Schnittstelle zur Auftragsverwaltung des Kunden und übersetzt die Materialanforderung in Transportaufträge für die Fahrzeuge. Der AIC funktioniert dabei wie eine Taxizentrale und disponiert die Fahraufträge jeweils an das optimale Fahrzeug.

Kriterien für die Disponierung eines Fahrzeugs sind unter anderem die Entfernung zum Abholpunkt, die Vermeidung von Leerfahrten und der Batteriezustand.

Bei der Projektierung des AICs müssen die Schnittstellen zu dem vorhandenen Produktionsleitsystem und den Maschinen sowie alle Funktionen der Software (Verhalten bei Time-out, Brandalarm) geplant werden.

Fahrzeug Spezifikation

Das Fahrzeug und das darauf installierte Lastaufnahmemittel (LAM) müssen für die individuelle Last konzipiert werden. Dabei spielt die Übergabehöhe eine entscheidende Rolle, wie alle Elemente (Batterieblock, Antriebe, Fahrzeugsteuerung etc.) am besten in dem Chassis untergebracht werden können. Es muss erreicht werden, dass der Schwerpunkt im Fahrzeug mit der Last möglichst tief liegt, damit das Fahrzeug bei Gefahrbremsungen nicht kippen kann.

Bei der Lastaufnahme ist es am besten, wenn die Last auf der Rückseite des Fahrzeugs aufgenommen wird, damit die Last bei Bremsungen sicher an einem Anschlag geführt und nicht über die offene Seite der Lastaufnahme herunterfallen kann.

Ergibt die Analyse der Produktionsumgebung, dass unterschiedliche Übergabehöhen bei den Maschinen vorliegen, dann ist zu überlegen, ob der Höhenunterschied

  • auf dem Fahrzeug durch eine Hubfunktion realisiert werden kann (Nachteil: größeres Fahrzeuggewicht und höherer Energiebedarf)
  • durch Loadports mit Hub, die vor die Maschinen-In-/Outfeeds montiert werden, übernommen wird, oder
  • durch Anpassungen an den Maschinen auf eine einheitliche Höhe gebracht werden kann.