AGVs und AMRs optimal steuern

Fahrerlose Transportfahrzeuge fahren Material von A nach B. Was simpel klingt, ist ganz schön kompliziert: Je mehr Fahrzeuge auf dem Shopfloor unterwegs sind, desto größer werden die Herausforderungen. Gefragt ist eine smarte Steuerung.

Heutzutage ist jeder Auftrag ein individueller Auftrag. Zum Beispiel im E-Commerce: Jeder Warenkorb ist einzigartig und setzt sich aus den unterschiedlichsten Artikeln zusammen, die zunächst aus großen Lagerhallen in die Pakete gelangen müssen. Staubsaugerbeutel, Fachbuch und eine neue Jogginghose müssen möglichst schnell verpackt und verschickt werden.

Eine effizient geführte Intralogistik ist enorm wichtig, weil die Kunden ihre bestellten Waren am liebsten sofort in den Händen halten wollen. Eine lahme Bestellabwicklung, die womöglich Tage dauert, kann sich kaum noch ein Onlineshop leisten – zu brutal ist der Konkurrenzkampf. Andere Anbieter liefern schließlich schon am nächsten Tag und verbessern dadurch auch die Kundenbindung.

Komplex wird es auch bei der Konfiguration und dem Zusammenbau eines Neuwagens. Vom Band rollen echte Unikate mit ausgewählter Sonderausstattung. Was Individualisten besonders glücklich macht, stellt Hersteller und deren Intralogistik vor besondere Herausforderungen: Bei der Montage der Wunschautos müssen die vielen Einzelteile zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein. Erreichen sie die Produktionsstraße nicht rechtzeitig, drohen teure Verzögerungen.

EFFIZIENTE INTRALOGISTIK

In Produktions- und Lagerhallen schaffen Fahrerlose Transportsysteme (FTS) die benötigten Materialen von einem Ort zum anderen. Was am Wareneingang ankommt, wird zunächst ins Lager gebracht und dort verstaut. Im weiteren Verlauf müssen die Teile beispielsweise zur Endmontage, Zwischenlagerung oder zur Versandabwicklung transportiert werden.

AGVs (Automated Guided Vehicle) und AMRs (Autonomous Mobile Robot) kümmern sich um die vielfältigen Transportaufträge und agieren autonom. Genau hier müssen Prozesse sorgfältig geplant, effizient optimiert und schließlich ausgeführt werden. Es kommt hierbei auf eine ganzheitliche Optimierung an – und nicht auf eine schrittweise Planung. Das erhoffte Ziel ist eine ideale Ressourcenauslastung sowie eine maximale Liefertreue. Im Fokus steht eine rechtzeitige Lieferung aller benötigten Teile und Materialien.

Staus, Unfälle oder technische Störungen unterbrechen den Ablauf und bringen eine sorgsame Planung durcheinander. Gefragt ist deshalb Flexibilität – und vor allem: schnelles Handeln. Menschen können das nur bedingt leisten, zu groß ist die Komplexität und die Menge an Daten, die in eine sinnvolle Planung einfließen müssen. Eine einmalige oder selten angepasste Top-Down-Planung reicht nicht aus, weil der moderne Shopfloor hochdynamisch ist.

PAUSENLOSE OPTIMIERUNG IN ECHTZEIT

Zeitgemäß ist eine kontinuierliche Optimierung in Echtzeit: Eine Steuerungssoftware muss ohne jede Verzögerung auf Events reagieren und zügig umplanen, immer und immer wieder. Ein Fahrzeug fällt plötzlich aus? Ein anderes muss sofort einspringen und den Auftrag übernehmen! Die SYNAOS Intralogistics Management Platform plant 250.000-mal pro Sekunde neu und sucht stets die allerbeste Lösung, damit eine Störung keine langanhaltende Verspätung anrichtet. Leistungsfähige Algorithmen verteilen Aufgaben, legen Routen fest und prüfen fortlaufend, ob Fahrtwege umgeplant werden müssen.

Eine solche Prozessoptimierung wird schnell höchst komplex, weil zahlreiche Abhängigkeiten und Verkettung in die Planung einfließen müssen. Jede Störung kann einen Aufschaukelungseffekt nach sich ziehen – wie beim berühmten Schmetterlingseffekt: Ein kleiner Flügelschlag kann womöglich einen Tornado am anderen Ende der Welt auslösen.

In der Intralogistik kann jede beliebig kleine Änderung und Verzögerung unvorhersehbare Probleme verursachen, weshalb eine Steuerungssoftware ständig neu prüfen und auf Ereignisse reagieren muss. Genau das leisten adaptive Algorithmen, die pausenlos Daten in Echtzeit verarbeiten und auf deren Basis Prozesse optimieren. Je mehr Informationen, desto besser. Komplexität ist in diesem Fall ein echter Vorteil!

GANZHEITLICHES ZUSAMMENSPIEL

Darüber hinaus existieren weitere Umstände und Zustände, die bei der Planung beachtet werden müssen, etwa verschiedene Auftragseigenschaften: Welcher Containertyp ist im Einsatz? Welche AGV-Eigenschaften liegen vor? Eine wichtige Rolle spielt außerdem das Verkehrsmanagement inklusive der Routenoptimierung. Im Idealfall nehmen die AGVs und AMRs die jeweils optimale Route (die nicht zwingend die kürzeste sein muss). Wichtig sind das ganzheitliche Zusammenspiel und die Optimierung im Ganzen.

In die Planung fließt zusätzlich die Infrastruktur mit ein, konkret also die Ampeln, Tore und Anlagen in den Hallen, die ebenfalls auf das restliche System abgestimmt gesteuert werden müssen. Eine wichtige Rolle spielt auch das Energie-Management, also die Stromversorgung der Fahrzeuge. Solange sie Strom an der Ladestation tanken, stehen sie für Aufträge nicht zur Verfügung. Ein gut geführter Energiehaushalt führt zu pünktlich erledigten Aufträgen und hält die gesamte Flotte fit.

Außerdem fließen in die Steuerung diverse Karteninformationen ein, also das Layout und der Aufbau der Lager- sowie Produktionshallen. Auch Daten wie Geschwindigkeitsbegrenzungen, Einbahnstraßen, temporäre Sperrungen wegen Bauarbeiten und so weiter sind mit dabei. Es sind also Unmengen an Daten, die in eine Optimierung einfließen können, und höchst komplexe Prozesse verursachen.

GROSSE HERAUSFORDERUNGEN

Trotz fortschreitender Digitalisierung und Automatisierung sind vollständig autonome Flotte nur selten vorhanden. In der Realität sind zusätzlich manuelle Teilnehmer in derselben Halle unterwegs, also menschliche Mitarbeiter, die zum Beispiel Waren mit einem Gabelstapler transportieren. Eine solche Mischformen aus manuell bedienten Fahrzeugen und vollautomatisierten Transportsystemen führt zu einer unvorhersehbaren Dynamik und Verwirbelung. Für die Steuerung ergibt das eine weitere Herausforderung.

Außerdem gibt es gewisse Probleme beim Datenaustausch zu überwinden: Jeder AGV- und AMR-Hersteller hat sich bei der Kommunikation mit den Fahrzeugen eigene Lösungen überlegt und proprietäre Software entwickelt. Diese Heterogenität bei der Kommunikation hat jedoch große Nachteile, weil sie eine einheitliche Steuerung verhindert. Unmöglich ist außerdem ein Betrieb von gemischten Flotten mit AGVs verschiedener Hersteller.

Das führt bei den Anwendern zu einem sogenannten Vendor Lock-in: Wer sich erst einmal für eine AGV-Marke entschieden hat, ist dadurch auf diesen einen Hersteller festgelegt und langfristig von ihm abhängig. Ärgerlich wird es, wenn ein Konkurrent eine viel bessere und zugleich preisgünstigere Lösung im Portfolio hat, diese dann aber nicht mit den bereits vorhandenen Fahrzeugen zusammenarbeitet. Zudem hat nicht jeder Hersteller AGVs und AMRs mit allen Transport- und Handlungsfähigkeiten im Angebot. Das schränkt die Anwendungsszenarien bei den Kunden ein. Für diese Probleme gibt es aber bereits eine Lösung: die Schnittstelle VDA 5050.