Fahrerlose Transportsysteme: Alles was Sie für den erfolgreichen Einsatz von FTS-Lösungen wissen müssen

Mobile Robotik, insbesondere fahrerlose Transportsysteme (FTS oder AGV), sind aus dem innerbetrieblichen Materialtransport nicht mehr wegzudenken.

FTS werden in Produktion und Logistik für den automatisierten intralogistischen Warentransport sowie als Montageplattform eingesetzt. Die Fahrzeuge ermöglichen einen durchgängigen und transparenten Materialfluss und gelten als einer der wichtigsten Bausteine in der Industrie 4.0.

Alle wichtigen Informationen zu FTS-Lösungen, ihren vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und Kostenfaktoren finden Sie hier.

Definition: Was sind Fahrerlose Transportsysteme (FTS)?

Fahrerlose Transportsysteme werden in unterschiedlichen Anwendungsfeldern eingesetzt, zum Beispiel beim Palettentransport oder der Kommissionierung. Häufig wird der Begriff FTS verwendet, um ein Fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) zu beschreiben. Allerdings muss unterschieden werden zwischen dem FTS als Gesamtsystem und den Fahrerlosen Transportfahrzeugen als Teil dieses Systems.

Ein FTS besteht aus den einzelnen Transportfahrzeugen, einer Leitsteuerung, einem Kommunikationssystem (WLAN-Infrastruktur), Einrichtungen zur Navigation sowie stationären und peripheren Elementen.

Was sind Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF)?

Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) sind automatisch gesteuerte, berührungslos geführte Flurförderzeuge. Im Europäischen Wirtschaftsraum fallen sie in den Anwendungsbereich der Maschinenrichtlinie. Sie verfügen über einen eigenen Fahrantrieb und werden zum Materialtransport eingesetzt. Mit Hilfe von Lastaufnahmemitteln ziehen oder tragen die mobilen Transportroboter Fördergüter wie Paletten, Behälter wie GLTs und KLTs oder Wagen von einem Lagerplatz zu einem anderen Arbeitsplatz im Lager. Dabei berechnet der Flottenmanager stets die kürzesten Wege und verteilt die Aufgaben entsprechend auf die einzelnen FTF.

Die Flurförderzeuge verfügen über aktive oder passive Lastaufnahmemittel. Aktive Lastaufnahmemittel (LAM) verfügen über einen Antrieb und können selbstständig Güter aufnehmen und abgeben. Beispiele sind Rollenbahnen, Gurtförderer oder Teleskopgabeln.

Passive LAM haben keinen Antrieb und können Lasten nicht selbstständig aufnehmen oder abgeben. Stattdessen wird das Transportgut mit Hilfe von Führungsschienen oder Führungsdornen aufgenommen und auf einer glatten, führungslosen Fläche, wie z. B. einer Plattform, abgesetzt.

Je nach Materialfluss, Layout und Platzverhältnissen kommen unterschiedliche fahrerlose Transportfahrzeuge für die Automatisierung der Prozesse zum Einsatz. Bei der Auswahl spielen die Geschwindigkeit der Flurförderzeuge, ihr Ladezyklus und die mögliche Lastaufnahmegrenze eine entscheidende Rolle.

Durch den Aufbau inklusive seitlichen Führungsschienen verfügt der mobile Roboter über ein passives Lastaufnahmemittel, wodurch die Aufnahme von KLT-Behältern ermöglicht wird (Bild: © SAFELOG).

Geschichte der fahrerlosen Transportsysteme

Vor mehr als 60 Jahren entwickelte die amerikanische Firma Barrett Vehicle Systems das erste FTS. Ab 1963 setzten auch deutsche Unternehmen fahrerlose Transportfahrzeuge für den Warentransport in der Intralogistik ein. Farbmarkierungen auf dem Boden gaben den mit optischen Sensoren ausgestatteten Fahrzeugen Routen und Haltepunkte vor.

Im Zuge des elektrotechnischen Fortschritts in den 1970er und 1980er Jahren wurden die fahrerlosen Transportsysteme weiterentwickelt und dem Stand der Technik angepasst. Das AGV erhielt einen Bordrechner, die aktive induktive Spurführung wurde zur vorherrschenden Navigationsmethode. Die Fahrzeuge folgten einem mit Wechselstrom gespeisten Draht, der als Bodenleiter ein magnetisches Wechselfeld erzeugte.

Seit den 1990er Jahren haben massive Entwicklungen in der Sensorik und der Laserlokalisierung die AGV-Branche verändert. Dank höherer Rechenleistung und SLAM-Navigation (Simultaneous Localization and Mapping) stehen den Herstellern heute völlig neue Möglichkeiten zur Verfügung.

Rolle fahrerloser Transportsysteme in der Industrie 4.0

Um in Zeiten von Industrie 4.0 den stetig wachsenden Anforderungen ihrer Kunden gerecht zu werden, nutzen Unternehmen zunehmend fahrerlose Transportsysteme. FTS sparen Zeit und sind, richtig eingesetzt, kostengünstiger als herkömmliche Technologien zur Automatisierung von Materialflüssen. Die Effizienz der Fahrzeuge ist ein entscheidender Baustein für Industrie 4.0.

Große Player, aber auch kleine und mittelständische Unternehmen setzen FTS ein, um ihre Intralogistik skalierbar zu automatisieren. Im Hinblick auf den Trend zur Losgröße 1 und den Boom im E-Commerce-Sektor stellen die Robotik-Anwendungen eine effiziente Logistiklösung für den innerbetrieblichen Warentransport dar.

Fahrerlose Transportsysteme können rund um die Uhr im Dauereinsatz sein und garantieren einen hohen Durchsatz im automatisierten Betrieb. Damit eignen sich FTS hervorragend für den Einsatz in der Smart Factory.

Funktionsweise fahrerloser Transportsysteme

Steuerung

Die Leitsteuerung ist das Gehirn des Gesamtsystems. Sie besteht aus Hard- und Softwarekomponenten. Im Zentrum steht ein Computerprogramm, das auf mehreren Rechnern installiert und ausgeführt werden kann. Hier laufen alle Informationen zusammen, hier werden alle Entscheidungen getroffen.

Intelligente Algorithmen übernehmen alle Steuerungsaufgaben. Aus einer Flotte von bis zu mehreren hundert Fahrzeugen kann die Leitsteuerung ein Fahrzeug für einen Auftrag auswählen und es mit dem Transportgut sicher vom Startpunkt (Quelle) zum Ziel (Senke) führen.

Je nach Anlagenkonfiguration und Anbindung der AGV an die Infrastruktur des Anwenders variiert die Hardwarestruktur des Leitsystems von einem einzelnen PC bis hin zu Multi-Server-Systemen. Letztere benötigen mehrere Visualisierungs- und Bedienclients und verfügen über einen gewissen RAID-Level.

Ein zentrales Leitsystem hat aber auch Nachteile: Es ist wenig flexibel und nicht besonders robust gegenüber Störungen. Außerdem sind Leitsysteme kostenintensiv und stellen eine große Investition dar, die zusätzlich zum Preis eines FTS mit mehreren AGV anfällt.

Navigation

Die AGV fahren in der Regel auf festgelegten Bahnen in den Lagergassen, die durch Magnetspuren oder Drähte markiert sind.

Bei der Drahttechnologie wird das AGV durch das elektromagnetische Feld gesteuert, das der Metalldraht im Boden erzeugt. Diese Technologie ist inzwischen veraltet und wird nur noch selten eingesetzt. Da der Draht für den Einsatz des FTF in den Boden eingebracht werden muss, sind die Kosten und der Aufwand für die Implementierung im Lager sehr hoch. Durch die fest verlegten Drähte ist das System sehr unflexibel. Im Vergleich dazu sind Magnetspuren deutlich flexibler – sie lassen sich leichter neu verlegen.

Fahrerlose Transportfahrzeuge können sich aber auch mit Hilfe von Kameras, Lasern oder Radiowellen ausrichten und orientieren.

Bei der Laserführung folgt das AGV einer virtuellen Spur, die auf der systeminternen Umgebungskarte gespeichert ist. Die Orientierung im Raum erfolgt über Reflektoren, die gleichmäßig auf der Fahrfläche verteilt sind.

Das AGV navigiert mittels Triangulation, indem es einen Strahl auf die Leitmarkierungen aussendet und anhand der Reflexionen seine eigene Position bestimmt. Diese Technik ist besonders genau.

In Umgebungen mit unveränderlichen Merkmalen wie Säulen oder Maschinenzellen kann die Navigation auch anhand der Konturen dieser baulichen Merkmale erfolgen.

Wenn die FTF mit einer Kamera ausgestattet sind, folgen sie einer gespeicherten Karte des Lagers. Die Kamera vergleicht die aktive Position des FTF mit dem vorhandenen Modell und bestimmt so die tatsächliche Position des FTF.

Zwei mögliche Methoden zur Erfassung der Umgebung sind SLAM und LiDAR. Die SLAM-Navigation (Simultaneous Localization and Mapping) wird entweder visuell oder per Laser durchgeführt. Bei der visuellen SLAM-Navigation erfassen Kameras die Umgebung des Lagers. Bei der Laservariante kommt ein Lichtlaser zum Einsatz. Dieser Lichtlaser, auch LiDAR (Light Detection and Ranging) genannt, erfasst und kategorisiert Objekte.

Die Sensoren liefern dreidimensionale Informationen über die Oberfläche und die jeweiligen Eigenschaften des Objekts und bilden die Umgebung virtuell ab. Sie verfügen über eine hohe Datendichte und erfassen die Koordinaten sehr schnell.

Das Laser-SLAM-System berechnet die relative Bewegungsdistanz und die Positionsänderung des LiDAR, indem es zwei Punktcluster zu unterschiedlichen Zeitpunkten miteinander vergleicht. Auf diese Weise wird die Positionierung des Roboters vervollständigt. Laser-SLAM ermöglicht eine hohe Genauigkeit der Karte, vermeidet kumulative Fehler und ermöglicht eine reibungslose Positionierung und Navigation des FTF.

Die GPS-Navigation wird hauptsächlich im Freien eingesetzt. Mit Hilfe von Satelliten ermittelt das FTF seinen Kurs. Die GPS-Navigation hat die geringste Genauigkeit.

Die Magnetlokalisierung ist besonders einfach in der Integration (Bild: © SAFELOG).

FTS ohne Leitstand-Steuerung

Aufgrund der Nachteile einer Steuerung über einen kostenintensiven Leitstand sind AGV mit dezentraler Steuerung auf dem Vormarsch. Dadurch werden FTS flexibler einsetzbar und zuverlässiger.

Die dezentrale Steuerung wird durch intelligente Multiagentensysteme realisiert.

Als Agenten können alle Fahrzeuge oder Peripheriegeräte des Systems dienen, die miteinander interagieren und kommunizieren können. Die Interaktion zwischen den Fahrzeugen ist vielfältig: Sie teilen sich gegenseitig ihre jeweilige Position und Geschwindigkeit mit, tauschen sich über Störungen auf der Strecke aus und verteilen automatisch Arbeitsaufträge an die einzelnen Schwarmmitglieder.

Dezentrale Systeme bieten eine Reihe von Vorteilen, unter anderem eine höhere Ausfallsicherheit. Fällt eine Komponente aus, bleibt das Gesamtsystem intakt. Das dezentrale System ist also robuster als ein zentrales System und hat eine höhere Verfügbarkeit.

Weitere Vorteile dezentraler Systeme sind die Skalierbarkeit und eine höhere Flexibilität. Bezogen auf ein AGV bedeutet dies beispielsweise, dass weitere AGV in das System integriert werden können, ohne dass Eingriffe in die übergeordnete Steuerung erforderlich sind. Hinzu kommen geringere Kosten für die Anschaffung und den Betrieb des Systems.

Wo werden FTS eingesetzt?

Fahrerlose Transportsysteme eignen sich für verschiedenste Branchen, kleine, mittelständische und Großunternehmen.

Häufige Anwendungen sind:

• Versorgung der Fertigungslinien in der Produktion
• Waren(-bestandteile) und Paletten-Transport zwischen Abteilungen und Fertigungsstationen
• Wagen-Box-Transport und Zugvorgänge
• Kommissionier- und Sortieranwendungen / Ware-zu-Person-Prinzip (Goods-to-Person)
• Verwendung als Montageplattform

Besonders in der Automobilindustrie, der Produktion und in der Intralogistik sind Fahrerlose Transportsysteme weit verbreitet. Aber auch in Krankenhäusern, Lackierereien, usw. halten FTS aufgrund ihrer Effizienz für automatisierte Transportaufgaben immer mehr Einzug.

Der Transport von Paletten ist ein häufiger Anwendungsfall für den Einsatz mobiler Roboter (Bild: © SAFELOG).

Beispiele: Welche Arten von fahrerlosen Transportsystemen gibt es?

Je nach Anforderungen gibt es unterschiedliche Typen von fahrerlosen Transportsystemen.

Unterfahrzeuge

Unterfahrzeuge sind flach gebaut, um direkt unter Paletten, Regale oder aufgebockte Container fahren zu können. Mit Hilfe einer Hubvorrichtung heben die Unterfahrzeuge ihre Last vom Boden ab. FTF dieser Bauart können Stückgut und kleinere Lasten bis 500 kg transportieren.

Durch ihre flache Bauweise eignen sich Unterfahrzeuge ideal für den Transport von Regalen, da sie diese direkt unterfahren und ausheben können (Bild: © SAFELOG).

Universalfahrzeuge

Universalfahrzeuge sind modifizierbar und lassen sich flexibel einsetzen. Sie verfügen über mechanische und elektrische Anbindungen, mit denen sie beispielsweise Aufbauten, Förderbänder, Rollenbahnen oder Gestelle montieren. Universalfahrzeuge eignen sich auch als Unterfahrzeuge.

Huckepackfahrzeuge

Huckepackfahrzeuge verwenden Lastaufnahmemittel (LAM) wie Gurt- und Kettenförderer, Rollenbahnen oder Zahnriemenförderer, um Gitterboxen, Kleinladungsträger oder Paletten aufzunehmen. Sie können Gewichte bis zu 1.000 kg transportieren. Für den Höhenausgleich müssen Übergabestationen eine einheitliche Höhe besitzen oder über Hubvorrichtungen zur Angleichung verfügen.

Montagefahrzeuge

Montagefahrzeuge werden in der manuellen und der automatisierten Montage eingesetzt. Dieser FTF-Typ transportiert Güter von bis zu 5.000 kg Gewicht und findet beispielsweise Verwendung als Zugmittel für Autos in der Automobilbranche.

Gabelhubfahrzeuge

Gabelhubfahrzeuge ersetzen Gabelstapler. Sie transportieren palettierte Ladungen entlang vorgegebener Flurrouten. Lasten von bis zu mehreren Tausend Kilogramm werden mit Gabelhubfahrzeugen transportiert und vertikal in Regale einsortiert.

Zugfahrzeuge

Zugfahrzeuge mit Anhänger(n), sogenannte Tugger, bewegen schwere Lasten von einem Punkt im Lager zum anderen und werden besonders für große Entfernungen eingesetzt.

Vorteile von fahrerlosen Transportsystemen

Fahrerlose Transportsysteme zeichnen sich durch ihre Flexibilität und Skalierbarkeit in intralogistischen Prozessen aus.

Darüber hinaus besitzen sie viele weitere Vorteile:

• FTS automatisieren wiederkehrende Transportaufgaben
• Mitarbeiter werden entlastet und können wertschöpfenden Tätigkeiten nachgehen, anstatt Transportaufgaben zu übernehmen
• FTS schließen die aufgrund von Fachkräftemangel entstandene Personallücke
• Die Fahrzeuge zeichnen sich durch eine hohe Verfügbarkeit aus
• Sie können rund um die Uhr im Dauerbetrieb eingesetzt werden
• FTS optimieren den innerbetrieblichen Materialfluss und machen ihn transparenter
• Mit Fahrerlosen Transportsystemen lassen sich Auftragsspitzen und Marktschwankungen flexibel abfangen
• Der logistische Warentransport nach der Just-in-Time Strategie ist mit FTS gut kalkulierbar
• Fahrerlose Transportsysteme sind platzsparender als Förderbänder
• Durch automatisierte und damit standardisierte Transportaufgaben steigt die Prozesssicherheit. Transportschäden, Unfälle mit Personen oder Zusammenstöße mit Gütern reduzieren sich auf ein Minimum
• Geringere Fehlerquote bei der Kommissionierung und im Warentransport

Nachteile von fahrerlosen Transportsystemen

Besonders für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) war die produktive und wirtschaftliche Nutzung Fahrerloser Transportsysteme bisher eine Herausforderung. Gründe hierfür sind:

• Die meisten Transportroboter werden projektspezifisch angefertigt und sind daher kostspielig.
• Die Steuerung per Leitstand ist aufwändig und kostenintensiv.
• Fällt ein Roboter innerhalb eines fahrerlosen Transportsystems aus, steht meist die ganze Flotte still, bis der Fehler behoben wurde.
• Der Leitstand verursacht laufenden Kosten für Wartung und Pflege.
• Hierfür muss meist zusätzliches IT-Personal eingestellt oder ein Support-Vertrag mit dem Hersteller abgeschlossen werden.

Werden Transportroboter jedoch mit einer agentenbasierten und dezentralen Steuerung betrieben, entfallen diese Nachteile.

Fahrerlose Transportsysteme Kosten

Vor der Anschaffung eines fahrerlosen Transportsystems sollten sich Unternehmen Klarheit über die Kosten verschaffen. Durch eine detaillierte Kosten-Nutzen-Rechnung sollte geprüft werden, ob sich die Investition in ein FTS für das Unternehmen lohnt. Dazu müssen zunächst die benötigten Eigenschaften und die konkreten Einsatzzwecke definiert werden.

FTS eignen sich vor allem für Unternehmen mit einem kontinuierlichen, gleichmäßigen Materialfluss. Im direkten Vergleich zwischen Fördertechnik, manuellem Transport und FTS sind folgende Kennzahlen von Bedeutung:

• Anzahl der täglichen Arbeitsstunden
• Arbeitsort/ Einsatzbedingungen
• Art und Gewicht des zu transportierenden Förderguts (Transportkenngrößen)
• Transportstrecke
• Anzahl der stündlichen Transporte
• Aufgabenstellung
• Konkrete Anforderungen
• Stückzahl der benötigten AGVs für das FTS, um den Materialfluss bei plötzlichen Schwankungen zu sichern

Erst danach kann eine Beurteilung für den wirtschaftlich sinnvollen Einsatz der Systeme erfolgen.

Hinzu kommt:

Die meisten fahrerlosen Transportsysteme sind teuer in der Anschaffung und im Unterhalt. Viele AGV-Hersteller empfehlen einen Leitstand zur Steuerung des Systems. Dies treibt den Preis der FTS in die Höhe.

Nach einer Umfrage der Universität Hannover bei europäischen Herstellern liegen die verrechneten Systempreise pro Fahrzeug zwischen 15.000 und 300.000 €. Etwa 60% davon liegen zwischen 60.000 und 150.000 €.

Allerdings gehen FTS-Hersteller wie SAFELOG dazu über, die Transportroboter in Serie zu fertigen. Bei gleicher Qualität sinken dadurch die Anschaffungskosten für ein FTF.

Hinzu kommt, dass die FTF von SAFELOG mit einer agentenbasierten Steuerung ausgestattet sind. Die agentenbasierte Steuerung ermöglicht einen wirtschaftlichen Einsatz auch bei einer geringen Anzahl von FTF, da kein teurer Leitstand erforderlich ist.

Mit der Software SAFELOG IntelliAgent kommunizieren die Geräte über WLAN miteinander. In der Gesamtlösung aus Hard- und Softwarekomponenten sind fünf verschiedene SAFELOG AGV-Modelle frei kombinierbar. Eine App zeigt die Betriebszustände und einen Überblick über das Gesamtsystem in Echtzeit an. Die FTS werden in die Produktions- und Logistikumgebung des Anwenders integriert. Eine Anbindung über externe Schnittstellen wie z.B. VDA 5050 ist bei Bedarf problemlos realisierbar.

Als kostengünstige Alternative zu leitergesteuerten FTS ermöglicht SAFELOG mittelständischen und kleinen Unternehmen eine wirtschaftliche Automatisierung ihrer Prozesse in der Intralogistik.

⇒ Zurück zum SAFE(B)LOG.