Fahrerlose Transportsysteme FTS sind sicher, autonom und bezahlbar

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Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML)

IPH Institut für integrierte Produktion Hannover gGmbH

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) haben in den letzten fünf Jahren einen Hype erlebt. Der wird vermutlich weiter anhalten. Es ist unwahrscheinlich, dass Unternehmen in Zukunft weniger automatisieren werden. Das heißt auch, dass sich die fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF) kontinuierlich weiterentwickeln müssen. Wir haben uns in der Branche umgehört und für Sie die Trends zusammengefasst, die bei autonomen Transportern im Kommen sind.

Langsam und stetig bewegt sich der graue Transportroboter über den Boden. Ein bisschen wie eine Flunder, die über den Meeresboden gleitet. Plötzlich hält er an, als hätte er eine abstrakte, nur ihm bekannte Grenze erreicht. Auf dem Kontroll-Tablet ist klar zu erkennen, warum: Der Roboter, bei dem es sich um ein fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) handelt, hat die Grenze seines ihm zugewiesenen Bereichs erreicht.

Diese Szene spielte sich nicht etwa in einem Lager ab, sondern in einem Konferenzraum in einem Frankfurter Bürogebäude. Das war eine meiner ersten praktischen Berührungen mit dem Thema Logistik als Fachjournalist. Seitdem sind zwei Jahre vergangen. Ich habe in der Zwischenzeit häufiger mit FTF zu tun gehabt, und die Roboter werden insgesamt auch immer populärer.

Die autonomen Transporter finden nicht mehr nur im Lager Verwendung. In der Produktionsversorgung trifft man sie ebenfalls immer wieder an. Die Anforderungen, die dabei an die FTF gestellt werden, sind denen im Lager sehr ähnlich. Beide Bereiche bauen aufeinander auf. Die Produktion wird über das Lager versorgt. Das Lager wird unter anderem aus der Produktion gefüllt. Der automatisierte Transport hat in beide Bereiche Einzug gehalten. In dynamischen Umgebungen muss sich auch die Automatisierung immer wieder anpassen. Für FTF gilt das auch.

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Egal ob es um Industrieroboter, Programme oder autonome Fahrzeuge geht: Immer, wenn kein Mensch direkt das Ruder oder eher die Steuerung in der Hand hat, steht die Sicherheit weit oben auf der Prioritätenliste.

Ein klassisches Sicherheitssystem für Fahrzeuge in der Produktion ist ein 2-D-Laserscanner. Diese Art von Sensor erzeugt vor sich einen Schutzbereich. Wenn der Scanner in seinem Schutzbereich ein Objekt ortet, kann ein Alarm ausgelöst oder das Fahrzeug direkt gestoppt werden. Das ist kein schlechtes System. Und mit mehreren dieser Sensoren lässt sich ein 360-Grad-Schutzbereich um das Fahrzeug erzeugen. Aber der befindet sich nur auf einer Ebene. Quasi wie eine Scheibe um das Fahrzeug herum. Viele Hindernisse in einer Fabrik reichen bis zum Boden, aber nicht alle. Es kommt eher darauf an, sie insgesamt wahrzunehmen. Oft reicht das auch aus, um sie zu umfahren. Oder wenn sie beweglich sind, zu warten, bis sie den eigenen Fahrbereich passiert haben.

Navigation und Sicherheit brauchen die dritte Dimension

Thomas Albrecht vom Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML) weist auf ein mögliches Problem hin: „Stellen Sie sich vor, eine Stange ragt in den Fahrraum des Fahrzeugs, endet aber über dem Scannbereich des Lasersensors. Wenn das Fahrzeug die Stange touchiert, entsteht möglicherweise erst einmal nur ein Sachschaden. Wenn sich die Stange aber bewegt und am anderen Ende einen Menschen trifft, entsteht schnell ein Personenschaden.“ Wenn man dann noch bedenkt, dass die meisten Produktionen nicht unbedingt auf Fahrzeuge, welcher Art auch immer, ausgelegt wurden, sind zuverlässige Sicherheitssysteme unbedingt notwendig. Die 3-D-Navigation ist der nächste Schritt. Dabei geht es nicht nur um dreidimensionale Karten mit fest verzeichneten Assets. Der Roboter soll vielmehr erkennen, was sich in seinem Umfeld befindet, und möglichst viel davon identifizieren können.

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Mehr Leistung und Sicherheit für FTS-Steuerung

Das würde auch der Navigation zugute kommen. Aktuell orientieren sich autonome Transportfahrzeuge entweder an digitalen Karten der Arbeitsumgebung, in der sie unterwegs sind. Oder sie scannen nach Reflektoren, die über das Firmengelände verteilt sind. Beide Verfahren haben Vor- und Nachteile. Die Navigation über Reflektoren ist präziser, da sie mit festen und eindeutig zuzuordnenden Ankerpunkten arbeitet. Digitale Karten haben den Vorteil, dass sie flexibler sind. Ein Programm kann schnell angepasst werden. Außerdem muss man für diese Art der Wegfindung keine Reflektoren anbringen.

Beide Methoden funktionieren aber nicht in Echtzeit. Wirklich autonom kann über keines der beiden Verfahren navigiert werden. Wenn FTF selbstständig erkennen könnten, wo sie sind, und kreativ Routen suchen könnten, wäre der Begriff autonome mobile Roboter (AMR) tatsächlich richtig. Dabei soll Künstliche Intelligenz helfen. Ein Roboter, der dazulernt und sich so anpassen kann, kommt auch in einer dynamischen Umgebung selbstständig zurecht.

Mit künstlicher Intelligenz zur echten Autonomie

Je zuverlässiger und leistungsfähiger die Künstliche Intelligenz wird, desto besser werden auch Navigations- und Sicherheitssysteme. Wer weiß, vielleicht kommt irgendwann der Tag, an dem sich der Transportroboter ganz selbstständig und flüssig durch die Fabrik schlängelt.

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Indoor-FTS selbst in Betrieb nehmen

Beim Thema Intelligenz sollte man auch auf die Schwarmintelligenz eingehen. AMR könnten sich nicht nur individuell zurechtfinden, sondern auch gemeinsam. Momentan werden FTF normalerweise von einer zentralen Steuerungseinheit überwacht. Die teilt dem einzelnen Fahrzeug mit, wo es gebraucht wird und was sein Auftrag ist. In Zukunft könnten das die FTF vielleicht auch unter sich ausmachen. AMR könnten sich stetig untereinander austauschen und abstimmen. Ein Auftrag ginge dann an alle Transporteinheiten, und das Asset, welches gerade frei ist und am nächsten dran, würde übernehmen. Die Fahrzeuge könnten auch kooperieren und bei Transportaufträgen gemeinsam anpacken. Beispielsweise könnten sich bei einem sperrigen Gut mehrere Roboter abstimmen und die Ware gemeinsam aufnehmen.

Die beste Technik hilft nichts, wenn sie zu teuer ist

Damit der FTF-Markt weiterwachsen kann, müssen die Fahrzeuge aber auch bezahlbar sein. 3-D-Kameras, Künstliche Intelligenz und eine dezentrale Steuerung sollten allen zur Verfügung stehen. Nicht nur Konzernen, sondern auch Mittelständlern und Start-ups. Deswegen ist auch die Modularität ein wichtiges Kriterium, wenn FTF weiterentwickelt werden. „In Zukunft wird es vermutlich mehr Aufgaben für FTF geben. Das einzelne Fahrzeug wird mehr können müssen“, sagt Marvin Abt vom Institut für integrierte Produktion Hannover (IPH).

Bevor ein Roboter seine Arbeit verrichten kann, muss das Gerät eingerichtet werden. Diesen Prozess sollte bestenfalls der Anwender durchführen. Bei der Wartung verhält es sich ähnlich. Wenn ein Gerät ausfällt, kann es zu Produktionsdisruptionen kommen. Selbst wenn der externe Techniker noch am selben Tag kommt, vergeht wertvolle Zeit. Kann ein Mitarbeiter die Inbetriebnahme, den Service und zumindest grundlegende Reparaturen selbst durchführen, spart man Kosten und Zeit. Ein so geschaffenes AMR „out of the box“ wäre auch für KMU eine Option, ihre Produktionsversorgung auf den Stand der Technik zu heben. ■

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