Intralogistik

Fahrerloser Transport als Schlüssel für Industrie 4.0

Im Interview erklärt Thomas Albrecht vom Fraunhofer Institut für Materialfluss und Logistik, weshalb Fahrerlose Transportsysteme mehr sind, als einfache Waren-Beförderungsmittel und wie durch ihren Einsatz unternehmerische Prozesse und Muster optimiert werden können.

Fahrerloser Transport als Schlüssel für Industrie 4.0

„Die Flexibilität und manuelle Geschicklichkeit des Menschen kann sicherlich sinnvoller als beim Abfahren von hunderten Metern Strecke eingesetzt werden", findet Thomas Albrecht vom Fraunhofer Institut für Materialfluss und Transport.

Herr Albrecht, wo liegen die großen Chancen von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) in der Logistik?
Thomas Albrecht:
Bei oberflächlicher Betrachtung dient ein Fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) lediglich dazu, innerbetriebliche Transporte von Waren automatisch durchzuführen und dadurch Personalkosten einzusparen, die ansonsten für einen Staplerfahrer oder den Bediener einer Ameise angefallen wären. Wenn man genauer hinschaut, ist der Einsatz solcher Fahrzeuge – oder präziser: eines Fahrerlosen Transportsystems (FTS), also einer gewissen Anzahl von Fahrzeugen einschließlich Leitsteuerung und einigen Infrastruktureinrichtungen, die für den Betrieb erforderlich sind – viel mehr, nämlich ein Organisationsmittel. Die Einführung eines FTS erfordert es, sich über die Abläufe und Strukturen in der Produktion, im Lager oder wo auch immer die Transporte sowie die Lastaufnahmen und -abgaben zukünftig automatisch durchgeführt werden sollen, Gedanken zu machen. Es geht also nicht um ein „weiter wie bisher – nur ohne Staplerfahrer“, sondern um die Chance auf optimierte Abläufe, mehr Ordnung, mehr Transparenz und weniger Hektik und Gefahren.
Quasi als Zugabe erhält man dann noch die Dokumentation und damit Rückverfolgbarkeit aller Transporte, konstante Transportleistung über den gesamten Tag, weniger Hektik, weniger Stress und auch weniger Gefahren für den Rest der Belegschaft, um nur einige der Vorteile eines FTS zu nennen. Und im Vergleich zu jeder anderen Technologie für automatisierte Transporte bietet ein FTS ein Höchstmaß an Flexibilität bezüglich der Verkettung von Quellen und Senken, der Anordnung bzw. der Auswahl der Fahrwege oder auch der Anpassbarkeit der Transportleistung an Tagesschwankungen oder saisonal bedingte Peaks, um auch hier nur einige der Vorteile zu nennen. Mit Blick auf die aktuelle Diskussion zu Industrie 4.0 und die daraus abgeleiteten Konzepte für die flexible, automatisierte und kostengünstige Produktion in Kleinserien bis hinunter zur Stückzahl Eins sind all diese Eigenschaften von FTS extrem wichtig und bilden damit einen wesentlichen Treiber für die Produktion von morgen.

Was sind aktuell noch Hürden? Was bremst den Vormarsch der Technologie?
T. Albrecht:
Auch wenn die Flexibilität eines FTS hoch ist im Vergleich zu anderen Automatisierungslösungen, so ist sie doch immer noch gering im Vergleich zum Menschen. Für gewisse Anwendungsfälle stellt dies also eine Herausforderung oder sogar eine Hürde dar: hier liegt momentan das wesentliche Arbeitsfeld bei den Entwicklern und hier sind in Zukunft auch die größten Verbesserungen zu erwarten. Voraussetzung hierfür sind mehr und bessere Sensorik und die zugehörige Auswertesoftware. Konkretes Beispiel: ein Staplerfahrer kann sich – nach kurzer Einarbeitungszeit – in seiner Einsatzumgebung orientieren und kann quasi intuitiv auf unvorhergesehene Ereignisse und Störungen in seinem Umfeld reagieren. Ein Fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) braucht dazu geeignete Sensoren, leistungsfähige Software und Rechenleistung, die sich idealerweise auf dem Fahrzeug, und nicht irgendwo in der Cloud befindet. Umgebungsnavigation als die derzeit modernste Navigationstechnologie benötigt keinerlei besondere, also für den FTF-Einsatz geschaffenen Merkmale an den Wänden, der Decke oder im Boden entlang des Fahrwegs. Die fahrzeugseitige Sensorik detektiert und vermisst die Umgebung des Fahrzeugs, wie sie sich momentan darstellt – allerdings aktuell nur mittels 2D-Sensorik, d.h. die verwendete Umgebungsinformation stellt letztlich nur einen kleinen, und wie man in der Praxis dann leider manchmal feststellen muss, nur einen unzureichenden Ausschnitt der Realität dar. Hier wäre es extrem hilfreich, wenn das Umgebungsmodell auf 3D-Daten basierte, was die Verfügbarkeit von entsprechender 3D-Sensorik erforderlich macht.


Gleiches gilt für die Erkennung von Hindernissen, die sich im Fahrweg vor dem Fahrzeug befinden und von diesem stets sowie rechtzeitig für ein Bremsmanöver erkannt werden müssen, damit es nicht zu Kollisionen oder sogar Verletzungen von Menschen kommt. Auch hier ist der aktuelle Stand der Technik 2D-Sensorik – und auch hier wären 3D-Messwerte aussagekräftiger und damit vorteilhaft.
Schließlich sei noch das Gebiet der Outdoor-FTF erwähnt: Im Bereich der automatisierten Transporte auf Werksgeländen sind für den Außeneinsatz geeignete FTF praktisch nicht anzutreffen. Auch hier liegt der Grund im Bereich der Sensorik, genauer bei fehlender berührungslos wirkender Personenschutz-Sensorik mit einer Reichweite von mehreren Metern, was eine entsprechend hohe und im Außeneinsatz gewünschte Geschwindigkeit von ca. 10 – 15 km/h ermöglichen würde. Hier ist allerdings für die nahe Zukunft mindestens ein Laserscanner angekündigt, der alle für den Einsatz bei Outdoor-FTF erforderlichen Zertifizierungen haben wird.


Auf der stationären Seite, also bei der FTS-Leitsteuerung, gibt es seit einigen Monaten eine vom VDA initiierte und nun gemeinsam mit dem VDMA betriebene Initiative, eine herstellerneutrale und dadurch herstellerübergreifend mit unterschiedlichsten FTF funktionierende FTS-Leitsteuerung zu bekommen. Denn bisher gibt es hier weder für die Kommunikation zwischen Leitsteuerung und Fahrzeugen noch für die Funktionen der Leitsteuerung selbst irgendeinen Standard. Die FTS-Leitsteuerung dient bisher quasi als „Kundenbindungsprogramm“ der FTS-Hersteller, da die Entscheidung des Anwenders für einen FTS-Lieferanten eine Entscheidung für ein geschlossenes System bedeutet: Änderungen und Erweiterungen sind nur mit Unterstützung genau dieses Lieferanten möglich, Fahrzeuge anderer Hersteller sind praktisch nicht in ein vorhandenes FTS integrierbar.


Wie aufwändig ist es, bereits etablierte Mitarbeiter an die neue Technologie heranzuführen? Wie groß ist die Akzeptanz der Mitarbeiter für ihre neuen „Kollegen“? 
T. Albrecht:
Wie bei der Einführung jeder Automatisierungstechnologie sollte auch die Einführung eines FTS vorbereitet werden, insbesondere dann, wenn Arbeitsplätze bedroht sind. Es ist wichtig, die Belegschaft „mitzunehmen“ und die im Vorfeld vorhandene Skepsis durch ausführliche Informationen und Darstellung der Beweggründe so weit wie möglich auszuräumen. Dazu gehören Maßnahmen von der Einbeziehung des Betriebsrats über die Erläuterung von beim Betrieb des FTS ggfs. geltenden neuen Regeln und geänderten Abläufen im Vergleich zum Ist-Zustand, bis hin zu solch trivial erscheinenden Dingen wie: die Mitarbeiter geben den Fahrzeugen Namen statt Nummern. Sehr häufig zeigt sich dann im späteren Betrieb, dass mögliche Vorbehalte unberechtigt waren; dazu tragen unkomplizierte Bedienung, Verlässlichkeit bei der Ausführung der Transporte, aber auch mehr Ordnung und weniger Hektik und Stress im Tagesablauf bei.

Was bedeutet die Etablierung von FTS generell für den Arbeitsmarkt in der Logistikbranche?
T. Albrecht:
FTF werden sich insbesondere dort weiter etablieren, wo Transporte über mittlere bis lange Strecken auszuführen sind, für die die Fähigkeiten eines menschlichen Fahrers nicht länger erforderlich sind. Die Flexibilität und manuelle Geschicklichkeit des Menschen kann sicherlich sinnvoller als beim Abfahren von hunderten Metern Strecke eingesetzt werden! Wie jede Automatisierungstechnologie muss sich auch ein FTS „rechnen“, dies ist in Mitteleuropa in zwei- und drei-schichtig arbeitenden Betrieben fast immer gegeben. Somit ist damit zu rechnen, dass es in der Intralogistik zukünftig eher weniger (Stapler-) Fahrer geben wird und stattdessen mehr Tätigkeiten, bei denen der Mensch mit seinen Fähigkeiten stationären und mobilen Robotern weiterhin überlegen ist.

Wie kommunizieren die einzelnen Einheiten einer Flotte miteinander und welche Rolle spielen hier mobile Endgeräte als Schnittstelle zwischen Mensch und Technik?
T. Albrecht:
Momentan kommunizieren die FTF praktisch nicht direkt mit- und untereinander, sondern mit der FTS-Leitsteuerung, und zwar fast ausnahmslos mittels WLAN. Diese Zentralsteuerung „weiß alles“ und koordiniert die Flotte der Fahrzeuge, d.h. sie ist für maximale Effizienz und Effektivität verantwortlich. Auf dem Weg in die betriebliche Praxis befindet sich derzeit die Idee der dezentralen Steuerung bzw. der sog. Schwarmintelligenz: bei diesem Konzept verzichtet man komplett auf die Leitsteuerung, daher müssen hier die Fahrzeuge auf direktem Wege miteinander Daten austauschen: sie verhandeln über die Ausführung von Transportaufträgen ebenso wie über Vorfahrts- und Ausweichsituationen. 
Bei einem „vollautomatischen FTS“, bei dem die Transportaufträge von einem anderen Automatiksystem, z.B. einem Lagerverwaltungssystem, einer Materialflusssteuerung, einem Kommissionierleitsystem oder einem Produktionsplanungs- und -steuerungssystem erzeugt werden, spielt die Mensch-Maschine-Kommunikation praktisch keine Rolle. Sie wird nur im Störungsfall erforderlich, wenn ein Bediener oder ein Wartungstechniker mittels im Fahrzeug eingebauten Display oder über ein Tablet oder Notebook und WLAN-Verbindung versuchen, die Fehlerursache zu finden und zu beheben.
Falls dagegen die Transportaufträge durch Menschen ausgelöst werden, kann dies durch stationäre Ruftaster, stationäre Displays mit Tastatur oder Touch-Displays mit Darstellung einer Auswahlliste für alle erreichbaren Bringeziele geschehen. Üblich sind auch spezielle Handhelds mit integriertem Barcodescanner oder RFID-Leser, mit denen ein Werker die abzuholende Ware scannt und dadurch den Transportauftrag für das FTS generiert. Schließlich sind auch Smartphones oder Tablets mit App oder einem browserbasierten Frontend als Mensch-Maschine-Schnittstelle möglich.

Wie sicher ist die Ansteuerung der Systeme durch mobile Endgeräte und wie wird die Sicherheit der Datenkommunikation gewährleistet?
T. Albrecht:
Zunächst einmal muss hier zwischen der Sicherheit der Kommunikation (Security) und der Sicherheit (Safety) der Fahrzeuge unterschieden werden: die Fahrzeuge müssen aufgrund geltender Richtlinien und Verordnungen eigensicher sein, d.h. auch bei einem fehlerhaft übertragenen Transportauftrag, z.B. wegen einer gestörten oder korrumpierten WLAN-Kommunikation zwischen beauftragendem System und Fahrzeug, wird ein FTF nicht zu einer Gefahrenquelle für die Mitarbeiter werden. Ansonsten gelten für die WLAN-Kommunikation eines FTS die gleichen Anforderungen wie an jedes andere im Industrieumfeld eingesetzte Funkdatennetz, d.h. hierum wird sich im Wesentlichen der IT-bzw. Netzwerk-Verantwortliche des FTS-Betreibers oder ein von ihm beauftragter Dienstleister kümmern. Dieser wird dann beispielsweise auch darüber entscheiden, ob über die Datenverschlüsselung auf WLAN-Protokolleben hinaus noch weitergehende Verschlüsselungsverfahren erforderlich sind.  Grundsätzlich kann man aber vermutlich davon ausgehen, dass in den allermeisten FTS-Anwendungen keine sensiblen Firmendaten zwischen Fahrzeugen und Leitsystem ausgetauscht werden. Denkbar ist aber, dass ein Angreifer durch das Abstrahlen von Störsignalen den WLAN-Datenverkehr so massiv stören kann, dass durch die Fahrzeuge keine Transporte mehr ausgeführt werden und es dadurch zu durchaus nennenswerten Störungen im Produktionsprozess kommen kann.

Was sind die nächsten Schritte in diesem Bereich? Wo werden wir in fünf Jahren stehen?
T. Albrecht:
Es ist zu erwarten, dass die FTS-Branche von den aktuellen Sensor- und Software-Entwicklungen im Bereich der PKW-Fahrerassistenzsysteme mit dem Ziel des hochautomatisierten und letztlich autonomen Fahrens profitieren wird. Die dabei für PKW erforderlichen leistungsfähigen Sensoren zur Umfeld- und Hinderniserkennung können im FTF ebenso sinnvoll eingesetzt werden. Von dem in mittlerer Zukunft verfügbaren 5G-Standard der Funkkommunikation sind zum einen breitbandige Echtzeitdatenübertragung und zum anderen sehr präzise Ortungsinformationen zu erwarten. Beide Features sind für FTF-Anwendungen, insbesondere im Außenbereich, hochinteressant.

Wie bewerten Sie das Zukunftspotenzial von FTS in der Logistik?
T. Albrecht:
Die Marktentwicklung der letzten zwei Jahre zeigt sowohl auf der Nachfrage- als auch auf der Anbieterseite einen enormen FTS-Boom: Es mangelt weder an innovativen Ideen und Lösungen von neuen Anbietern noch an potenziellen Anwendern, die sich nun – aus den unterschiedlichsten Gründen, Industrie 4.0 und Digitalisierung sind dabei nur zwei mögliche Treiber – ganz konkret mit dem Einsatz eines FTS in ihrem Betrieb auseinandersetzen.

(Bild: Fraunhofer IML)

 

 

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