Funktionsweisen und Steuerung automatisierter Routenzüge

Teil - bis vollautomatische Konzepte

Automatisierte Routenzüge gehören zu den Fahrerlosen Transportsystemen (FTS). Sie bestehen aus einem Zugfahrzeug und zwei bis vier Anhängern (Rahmen). Fahrt und Lasthandling können sowohl manuell als auch teil- oder vollautomatisch erfolgen. Automatisierte Routenzüge werden mit Dual Use-Option angeboten. Es gibt verschiedene Arten der Steuerung sowie diverse Automatisierungsvarianten und Technologien, die zum Einsatz kommen können.


Funktionsweisen und Steuerung

Bei der Konzeption des automatisierten Routenzugsystems muss die Frage beantwortet werden, wie das System für den konkreten Anwendungsfall optimal geplant werden kann. Der Fokus richtet sich hier auf die Standardisierung automatisierter Prozesse, die der Be- und Entladung sowie eine flexible Produktionsversorgung und die Gestaltung der Routenplanung. Während bei der statischen Route eine Steuerung via Kanban möglich ist, wird bei der dynamischen Route spezielle Software notwendig.

Auch hinsichtlich Navigation sowie Lasthandling und Transportverwaltung ergeben sich unterschiedliche Lösungansätze:

1. Navigation

Magnetspur oder optische Navigation

  • Führung durch Magnetspur oder Linien auf dem Boden
  • Haltepunkte können mit Sensorik abgebildet werden
  • Gute Positionierungsgenauigkeit
  • Veränderung nicht ohne Weiteres möglich

Lasernavigation

  • Triangulation an bekannten Referenzpunkten wie Gebäudemerkmalen oder Reflektoren
  • Die Reflektoren werden in der Halle platziert und im Layout millimetergenau vermerkt, wo sie sich befinden. Ein auf dem Fahrzeugkopf angebrachter Laserscanner erkennt die Reflektoren und kann seine Position dementsprechend genau erkennen (+/- 1 cm). Für das automatisierte Lasthandling ist diese Form der Navigation notwendig.
  • Komplexe Anforderung aufgrund der Definition von Haltepunkten

Konturnavigation

  • Anbringung von Reflektoren in der Halle entfällt
  • Automatisierter Routenzug orientiert sich an der Gebäudestruktur (Wände, Fenster, Regale, etc.)
  • Mit einer Präzision von +/-8 cm ist die Konturnavigation weniger genau als die Lasernavigation mittels Orientierung an Reflektoren
  • für automatisiertes Lasthandling ungeeignet
  • Einsatz beim manuellen Lasthandling
  • Komplexe Anforderung aufgrund der Definition von Haltepunkten

2. Lasthandling

Das Lasthandling umfasst die Lastaufnahme und -abgabe, wobei diese mit manueller und automatisierter Fahrt kombiniert werden kann.

Manuell

  • Be- und Entladen der Rahmen und Trolleys durch Logistikmitarbeiter

Automatisiertes Lasthandling intern:

  • Das Be- und Entladen der Rahmen (manuell oder systemseitig veranlasst) erfolgt durch eine in den Rahmen integrierte Vorrichtung (z. B.: Teleskopzinken oder Rollenbahnen); der Vorgang wird vom Fahrer gesteuert und initiiert.

Automatisiertes Lasthandling extern:

  • Be- und Entladen der Trolleys im Rahmen durch externe Systeme wie z.B. Palettengreifer 

Automatisiertes Lasthandling intern und extern kombiniert:

  • Alle Prozessschritte sind automatisiert und komplett durch ein übergeordnetes Leitsystem gesteuert. Dies findet häufig Anwendung im KLT-Handling, bei dem z.B. Shootersysteme bei Kontakt mit dem Transport- system die Ebenen der Regaltrolleys automatisch mit vollen Ladungsträgern bestücken, sowie leere Behälter wieder entnehmen.

3. Transportverwaltung

Für die Nutzung von Routenzug-Lösungen mit automatisiertem Schlepper bietet STILL die passende Software. Ein Fahrerloses Transportsystem (FTS) beinhaltet eine FTS-Leitsteuerung, welche die im System befindlichen Fahrzeuge steuert. Die von STILL eingesetzte Leitsteuerung ist eine Software, die dem Bediener dabei hilft, den Fahrbetrieb zu optimieren. Sie dient als Verbindung zwischen einem größeren Host-System, wie beispielsweise einem Warehouse Control System (WCS) oder einem Warehouse Management System (WMS) und den Einsatzfahrzeugen. Die Software kann beispielsweise:

  • das passende Fahrzeug für den Warentransport auswählen
  • Batterie- und Wartungsfunktionen für alle Fahrzeuge verwalten
  • Unfälle während der Fahrt verhindern und bei kritischen Situationen (z.B. Hindernisse auf der Fahrbahn) entsprechend reagieren
  • die Verkehrssteuerung in einer Einrichtung als eigenständiges System verwalten
  • Aufträge priorisieren
  • die Warenverfolgung vom Bereitstell-Ort bis zur Verbrauchsstelle in Echtzeit sicherstellen

Typische Einsatzbereiche in der Intralogistik

Automatisierte Lösungen in Form von Fahrerlosen Transportsystemen sind in der Intralogistikbranche seit einiger Zeit im Einsatz und haben sich in vielen Unternehmen bereits fest etabliert.

Dabei gibt es im Umgang mit Großladungsträgern (z.B. Paletten, Gitterboxen) hinsichtlich Lastaufnahme und Transport folgende Anwendungsfälle:

Anwendungsfall A

Automatisierter Materialtransport im Schmalganglager

Aufgabe: automatische Ein- und Auslagerung im Pufferlager (Schmalganglager) sowie die automatische Versorgung des Kommissionierungsbereichs im europäischen Distributionszentrum eines Einrichtungsfilialisten.

Die automatisierten Fahrzeuge:
Schmalgangstapler STILL MX-X lagert automatisch aus, bringt Material zur Übergabestation am Regal und ein automatisierter Schubmaststapler STILL FM-X übernimmt den Streckentransport.

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Anwendungsfall B

Automatisierter Materialtransport im Kanal- und Breitganglager

Aufgabe: Automatisches Umsetzen der Shuttlefahrzeuge im Kanallager und Streckentransport der ausgelagerten Bigbags zur Übergabe an die Fördertechnik zum Weitertransport an den Verbrauchsort eines Spezialchemieunternehmens.

Die automatisierten Fahrzeuge:
Automatisierte Schubmaststapler setzen die Shuttles automatisch und millimetergenau in die richtigen Kanäle und transportieren die auszulagernden Bigbags zur Übergabestation der Fördertechnik mit der die Bigbags zur Weiterverarbeitung an die Pumpmaschinen verbracht werden. Die Schubmaststapler übernehmen zudem die Entsorgung der Leerpaletten.

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Anwendungsfall C

Automatischer Materialtransport mit mobilen und stationären Transportsystemen

Aufgabe: Vollautomatischer Palettentransport mit mobilen und stationären Transportsystemen von der Produktion über die Ein-und Auslagerung bis zur sequenzgenauen Tourenbereitstellung bei einem Fruchtsaftproduzenten.

Die Automatisierung: Ein ausgeklügeltes Konzept für die Fördertechnik (Kettenförderer und Verschiebewagen) verbindet den Produktionsbereich mit dem Logistikcenter und bietet eine effiziente Nutzung des nicht rechtwinkligen Gebäudes. Automatisierte MX-Q Schmalgangfahrzeuge übernehmen die Ware von der Fördertechnik und lagern die Ware ein und aus. Die automatisierte Hochhubwagen EGV-S stellen die Touren zusammen.

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Nicht nur bei Großladungsträgern kommen fahrerlose Transportsysteme zum Einsatz. Kleinladungsträger (KLT) werden in der Regel zu Packeinheiten gebündelt und auf fahrbaren Regalen (Trolleys mit Regalaufbau) transportiert.

Generell gestaltet sich das Handling von Großladungsträgern oder Kleinladungsträgern in der traditionellen Automatisierung folgendermaßen:
Beiden gemeinsam ist die Beziehung zwischen Fahrzeug und Ladung.
Es gibt einen Lastaufnahmeort, ein Fahrzeug sowie einen Lastabgabeort.
Analog dazu sind die folgenden drei Prozessschritte nötig:

  1. Lastaufnahme
  2. Transport
  3. Lastabgabe

Lastaufnahme, Transport und Warenabgabe können automatisch erfolgen, unterschiedlich sind Aufnahme und Abgabeort.

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Anforderungen an die verschiedenen Automatisierungsstufen

Ob das Lasthandling manuell oder automatisiert erfolgt, ist in erster Linie abhängig von den räumlichen Gegebenheiten des Produktionsortes, wobei die Fläche in Abhängigkeit zu den Fahrwegen beachtet werden muss. Auch die Anforderungen, die hinsichtlich der unterschiedlichen Steuerungsvarianten gegeben sind, spielen eine übergeordnete Rolle genauso wie die bestehenden Schnittstellen zwischen Produktion und Produktionsversorgung (z.B. Supermarkt).

Lasthandling manuell

  • Be- und Entladen der Rahmen und Trolleys durch den Bediener
  • Ausreichend Platz für Rahmen, Trolley sowie den Bediener
  • Abladestelle muss nicht direkt anfahrbar sein
  • der Fahrweg ist ähnlich wie bei einem herkömmlichen Flurförderzeug
  • Kombinierbar mit manueller oder automatisierter Fahrt

Lasthandling automatisiert

  • Abladestelle muss direkt neben dem Zug sein
  • Platzbedarf ca. 1,5 fache Zuglänge pro Abladestelle
  • Bei externem Lasthandling Ausstattung mit gleicher Technik wie Quelle (oder manuell)
  • Fahrweg kann deutlich enger sein, da die Fläche für den Werker entfällt
  • Kombinierbar mit manueller oder automatisierter Fahrt

Steuerung

Es gibt unterschiedliche Steuerungsvarianten automatisierter Routenzug-Lösungen. Bei einer dynamischen Routenführung bedarf es der Anbindung ans Warehouse Management System des Kunden. Die STILL Steuerungssoftware E´tricc® übernimmt Aufgaben wie Transportmanagement und -auftragserstellung, Transportüberwachung, Visualisierung, Diagnose und Host-Schnittstellen. Bei der statischen Routenführung ist nur wenig Software notwendig; hier kann die Steuerung auch komplett mittels Kanban erfolgen.


Routenplanung

Es gibt mehrere Nutzungsvarianten eines automatisierten Routenzuges. Allen gemeinsam ist der Aufbau: Sie bestehen in der Regel aus einem Schlepper und idealerweise vier Anhängern. Aufnahme- und Abgabeort können, müssen aber nicht zwingend identisch sein. Der Transportprozess birgt je nach Automatisierungsgrad unterschiedliche Schritte:

  • Lastaufnahme: Diese kann manuell oder automatisiert erfolgen
  • Transport: Der Transport erfolgt automatisiert oder manuell
  • Lastabgabe: Die Abgabe der Ware erfolgt manuell oder automatisiert

In Bezug auf Fahrt und Lasthandling stehen mehrere Level der Automatisierung zur Auswahl. Welche der unterschiedlichen Ausführungen für den eigenen Betrieb am besten funktioniert, muss individuell nach vorangegangener intensiver Analyse durch einen Experten definiert werden.

1. automatisierte Fahrt mit manuellem Lasthandling

2. manuelle Fahrt mit automatisiertem Lasthandling

3. automatische Fahrt mit automatisiertem Lasthandling

Für die automatisierte Fahrt wird ein manueller Schlepper mit einem Automatisierungs-Kit ausgestattet. In diesem sind alle für Automatisierung notwendigen Komponenten wie Laserscanner, Personenschutzeinrichtungen, WiFi und Software-Schnittstellen gebündelt. Ein automatisierter Routenzug fährt wegeorientiert, das heißt er fährt auf im Vorfeld fest definierten Wegen zum Ziel.

Automatisierte Fahrt mit manuellem Lasthandling:

  • Automatisierter Schlepper mit manuellen Rahmen (E- / B- / C- Rahmen)
  • Automatisierte Fahrt zu den Haltepunkten mit automatischem Stopp an jedem Haltepunkt

Möglichkeit 1:

  • Automatisiertes Fahren von Haltestelle zu Haltestelle, unabhängig davon, ob eine Tätigkeit durchgeführt werden muss oder nicht. Per manuellem Knopfdruck durch einen Operator (Bediener) wird der Zug zur nächsten Haltestelle weitergeschickt.
Möglichkeit 1
  • Alternativ kann zwischen einzelnen Haltestellen auch manuell gefahren werden (Dual Use)
Dual Use
  • Vorteil: es könnte weiterhin ein manuelles Kanban-Karten-System zur Nachlieferung von Material genutzt werden

oder Möglichkeit 2:

  • Bedeutet in jedem Fall eine komplette systemseitige Steuerung des Routenzuges mit Verkehrsmanagement, Auftragsmanagement und Schnittstelle zum Warehouse Management System. Automatisierte Fahrt zur nächsten Haltestelle, an der etwas be- oder entladen werden muss. Manuelle Fahrtfreigabe an der Stoppstelle durch den Werker nach der Be- oder Entladung der Rahmen, Weiterfahrt zur nächsten Haltestelle, an der etwas be- oder entladen werden muss.
Möglichkeit 2

Manuelle Fahrt mit automatisiertem Lasthandling:

  • Manueller Schlepper mit automatisierten Rahmen (E- / C- Rahmen)
  • Manuelle Fahrt zu den Haltepunkten
  • Dort automatisierte Be- und Entladung der Rahmen wird durch den Fahrer gesteuert
Manuelle Fahrt

Automatische Fahrt mit automatisiertem Lasthandling:

  • Automatisierter Schlepper mit automatisierten Rahmen (E- / C- Rahmen)
  • Automatisierte Fahrt zu den Haltepunkten
  • Dort automatisierte Entladung der Rahmen systemseitig initiiert
Automatisierte Fahrt

Bei einem automatisierten Routenzug (vor allem bei automatisiertem Lasthandling) ergibt sich ein erhöhter Platzbedarf im Hinblick auf die Länge des Zuges. Es muss sichergestellt sein, dass Abladestellen absolut parallel (der Routenzug muss parallel zur Entladestelle stehen) angefahren werden können. Mit Einführung eines Routenzuges werden grundsätzlich Ver- und Entsorgung der Produktion gekoppelt. Daraus ergibt sich bei automatisierten Zügen eine besondere Anforderung an die Routenplanung.


Was ist ein Fahrerloses Transportsystem (FTS)?

Ein Fahrerloses Transportsystem (FTS) besteht aus einem oder mehreren Fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF), einer Leitsteuerung, Einrichtungen zur Standortbestimmung und zur Datenübertragungen, dem Erkennen der Infrastruktur und diversen peripheren Elementen. Ihre Hauptaufgabe ist der automatisierte Materialtransport. Auch Dienstleistungsaufgaben wie Überwachung, Reinigung, mobile Auskunft und Besucherführung werden von Fahrerlosen Transportsystemen übernommen.

Bei einem fahrerlosen Routenzug handelt es sich um eine Kombination aus einem fahrerlosen Flurförderzeug (automatisierte Zugmaschine, Schlepper) sowie einer veränderbaren Zahl von Anhängern.


Fazit: Es existieren viele Varianten automatisierter Routenzug-Lösungen hinsichtlich Fahrt, Lasthandling und Steuerung und exakt eine Lösung, die perfekt zu Ihren Anforderungen passt.



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Routenzuglösungen von STILL

 

Glossar

Leitsteuerung

Die Leitsteuerung steuert alle im System agierenden Fahrzeuge. Sie unterstützt den Bediener dabei, den Fahrbetrieb kontinuierlich zu optimieren. Sie stellt die Verbindung zwischen einem größeren HostSystem, wie beispielsweise einem Warehouse Control System (WCS) oder einem Warehouse Management System (WMS) und den Einsatzfahrzeugen her.

Routenzug

Routenzüge sind Transportmittel für den ebenerdigen Materialtransport. Sie bestehen in der Regel aus einem Zugfahrzeug und einem oder mehreren Anhängern, die Ladungsträger aufnehmen. Sowohl die Fahrt als auch das Lasthandling können manuell oder teil-/vollautomatisch erfolgen.

Fahrerlose Transportsysteme

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind laut VDI-Richtlinie 2510 folgendermaßen definiert: Sie bestehen aus verschiedenen Komponenten, welche in exakter Steuerung und Abstimmung miteinander arbeiten müssen. Hierzu gehören eine Leitsteuerung, Mittel zur Standortbestimmung und Lageerfassung der Transportfahrzeuge, Mittel zur Datenübertragung an und vor den Fahrzeugen des FTS, Infrastruktur und periphere Einrichtungen (z.B. Ladestationen).

Dual Use

Fahrerlose Transportsysteme mit Dual Use-Funktion sind sowohl automatisiert als auch mit manuellen Steuerungsfunktionen einsetzbar.

Kanban

Kanban ist eine Technik für die Bestandsführung und Steuerung der Produktion. Sie basiert auf dem Pull-Prinzip (="ziehende Fertigung"). Hierbei entnimmt der Verbraucher beim Lieferanten das für die Produktion benötigte Material. Wenn eine zuvor festgelegte Kanban-Menge verbaucht wurde, signalisiert der Verbraucher dem Lieferanten in Form einer Kanban-Karte, die Kanban-Menge erneut bereitzustellen.