| von David Löh

Viele dieser Herausforderungen lassen sich unter dem Stichwort Effizienz versammeln: weniger Energieverbrauch, geringere Betriebskosten, bessere Verzahnung aller Elemente der Intralogistik, kürzere Umrüstzeiten – um nur einige zu nennen. Dabei bietet vor allem der Energieverbrauch großes Sparpotenzial: 24 % der Energie für die gesamte Lieferkette, von der Rohstoffgewinnung bis zum Verkauf im Handel, beansprucht die Intralogistik. Die Hälfte davon benötigen Fördertechnik, Lager und Kommissionierung. Zudem sind die Energiepreise der Industrie zwischen Januar 2002 und Ende 2011 um 76 % gestiegen. Kein Wunder also, dass das Thema Energieeffizienz omnipräsent ist.

Energie sinnvoll einsetzen

Ein Beispiel für Energiesparen bei Automatischen Kleinteilelagern (AKL) ist ‚Autostore‘ von Jakob Hatteland Computer, in Deutschland vertrieben von AM-Automation. Der Hersteller verspricht einen um bis zu 95 % geringeren Stromkonsum im Vergleich zu anderen AKL. Der Kern des Systems ist ein Aluminium-Raster, das die einzelnen Lagerplätze in Vierecke unterteilt und auf dessen Oberseite sich Schienen befinden. Auf diesen fahren in X- und Y-Richtung Akku-betriebene Bedienfahrzeuge, so genannte Robots. Wird von einem der angeschlossenen Arbeitsplätze aus ein Kommissionierauftrag erteilt, führt ihn der nächstgelegene Robot aus. Die beiden großen Vorteile der Anlage sind, dass sie nur dann Energie benötigt, wenn Kommissionieraufträge bearbeitet werden und dass sie fast beliebig erweiterbar ist. Zudem kann jeder Anwender die Anzahl der eingesetzten Robots seinem Bedarf entsprechend festlegen – und jederzeit anpassen. Das waren auch für die Jury der Logimat 2011 überzeugende Argumente, die das System zum besten Produkt der Messe in der Rubrik ‚Lagern‘ kürte.

Bei allen Vorteilen, die autonome Logistiksysteme wie der Autostore vorweisen können, haben sie doch eine Schwachstelle: den Akkumulator. Dessen Kapazität ist begrenzt, der vollständige Ladevorgang dauert lange und die Wartung ist relativ aufwendig. Das wiederum sind alles Punkte, bei denen die berührungslose Energieübertragung auftrumpfen kann. Diese Technik ist seit etwa 20 Jahren Teil von industriellen Intralogistiklösungen in zahlreichen Branchen. Sie nutzt das Prinzip der Induktion, wobei sich der aus einer Spule bestehende Primärkreis auf oder im Boden befindet und der Sekundärkreis im Fahrzeug installiert ist. Die elektromagnetische Kopplung erlaubt einen Abstand zwischen Leiter und Verbraucher von maximal 2 cm.

Seit 2003 bietet auch SEW mit Movitrans ein System zur kontaktlosen Energieübertragung an und kombiniert diese je nach Bedarf des Kunden mit verschiedenen Fahrerlosen Transportsystemen (FTS). Diese eignen sich vor allem für Transport- oder Montagelinien, die besonders flexibel sein müssen, etwa aufgrund häufiger Modellwechsel. Der Landmaschinenhersteller John Deere beispielsweise hat sich in der Traktor-Montage-Halle in seinem Mannheimer Werk für ein spurgeführtes FTS entschieden. Dabei dient die Spur gleichzeitig als Führungslinie und Energieversorgung. Ohne durch Lade- oder häufige Wartungsvorgänge unterbrochen zu werden, ziehen die Fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF) mit dem langsam entstehenden Traktor auf dem Rücken ihre Kreise um den Montagerundkurs. Und sollte die Fahrstrecke einmal geändert werden müssen, ist das natürlich ebenfalls möglich. Gunthart Mau, Referent für Fachpresse bei SEW, verrät: „Die Stromschleife wird an einem Wochenende montiert.“ Dazu wird der Hallenboden aufgefräst, die zwei Linienleiter parallel zueinander hineingelegt, anschließend wieder alles mit Vergussmasse verfüllt, fertig.

Daimler wollte noch etwas mehr: Die FTFs sollten die Stromschleife zumindest kurzzeitig verlassen können, um beispielsweise in einem Nebengang Material aufzunehmen. Das sollte die Flexibilität der Intralogistik-Prozesse noch weiter erhöhen. Zusammen mit SEW entwickelte der Stuttgarter Automobilkonzern deshalb das so genannte Hybrid-FTS. Dieses unterscheidet sich von anderen spurgeführten Intralogistik-Systemen aber nicht nur durch den Powercap (Kondensator), der das Fahrzeug auf seinem Ausflug mit Energie versorgt und der sich danach an der Stromschleife automatisch wieder auflädt. Nach dem Verlassen der Stromschleife fehlt dem FTS neben der Energieversorgung auch eine Orientierungsmöglichkeit. An dieser Stelle hilft eine optische Spurführung aus. Jeweils ein Laserscanner S300 der Firma Sick an Heck und Bug des FTS, der ein Schutzfeld im 2-m-Umkreis absichert und gleichzeitig 8 m rund um das Fahrzeug überwacht, hilft dem Hybrid-FTS immer auf dem Laufenden darüber zu sein, was um es herum passiert.

Autonome Rudelbildung

Ein besonderer Vertreter der autonomen FTS, die völlig ohne Spurführung arbeiten, ist das kleinteilige autonome redundante Intralogistiksystem, kurz ‚Karis‘. Es ist ein Gemeinschaftsprojekt des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), der Universität Freiburg, der Hochschulen Esslingen und Ravensburg sowie der Arbeitsgemeinschaft Technik Intralogistik, einem Verbund von einem Dutzend Baden-Württembergischer Unternehmen wie Sick, SEW und Hima. Alle bringen ihr Know-how ein, um kleine, umherwuselnde rote Würfel, mit Kantenlängen von 50 mal 50 mal 40 cm zu bauen, die wie die Urahnen von R2D2 erscheinen, der vorlauten Reparatureinheit aus der Star-Wars-Saga. Das Karis vereint viel bekannte Technik in sich und kombiniert sie zu etwas Neuem – maximale Flexibilität lautet das Ziel. Da die Roboter nicht aus teuren Spezialanfertigungen, sondern aus bereits erhältlichen Komponenten der beteiligten Hersteller bestehen, sind sie zudem relativ günstig.

Mit seinem Förderantrieb auf dem Dach lädt Karis Materialkisten bis zu einem Gewicht von 80 kg auf und ab. Auch hier kommen die gelben Drehstrahlsensoren vom Typ S300 von Sick zum Einsatz. Sie befinden sich an der vorderen rechten und hinteren linken Ecke des Fahrzeugs. Die Sensoren überwachen einen Radius von 20 bis 25 m rund um das Karis und melden einerseits Hindernisse und dienen gleichzeitig zur Navigation. Damit das Transportfahrzeug mit den Informationen, die der Sensor liefert, seine Position bestimmen kann, vergleicht er diese mit dem zuvor in seinem Speicher abgelegten Musterscan des Einsatzgebietes. Mithilfe eines Drehgebers und zusätzlichen Algorithmen, die auch die zurückgelegte Strecke berücksichtigen, kann das Fahrzeug seine Position mit 99 %iger Sicherheit bestimmen und entsprechend seinen Kurs festlegen. Dieses Verfahren macht es möglich, dass beliebig viele der einzelnen Transporter völlig autonom auf dem Werksgelände unterwegs sind, ohne dass eine übergeordnete Steuerungsinstanz dies koordinieren muss.

Ein weiteres Stückchen in Richtung Unabhängigkeit gehen die Transporter mithilfe des Energiespeichers. Dieser ist ein Nickel-Metallhydrid-Akku mit Energie für vier Stunden Dauerbetrieb. Die Kombination mit der kontaktlosen Energieübertragungstechnik von SEW ermöglicht dennoch den Dauereinsatz: Etwa 3 mm dicke Ladungsmatten dienen als Energiespender. Sie werden im Idealfall an allen Auf- und Abladestationen ausgelegt. Bei jeder Materialübergabe lädt dann der Akku per Induktion ein wenig auf.

Selbst denken, um zu kooperieren

Die Künstliche Intelligenz (KI) des Karis ist sozusagen das Bindeglied zwischen allen Komponenten. Mehrere Karis-Einheiten können aufeinander abgestimmt, zielgerichtet zusammenarbeiten, bleiben aber weiterhin autonome Einheiten. Frei nach dem Motto, das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile, bildet sich dadurch die sogenannte Schwarmintelligenz. Sie sorgt dafür, dass sich die FTFs miteinander abstimmen, um so vorhandene Lieferaufträge möglichst effizient, also schnell und energiesparend, auszuführen, ähnlich wie Ameisen. Mittels Schwarmintelligenz übernimmt automatisch der dem Auftragsort nächstgelegene, freie Transporter.

Im Juli dieses Jahres soll die nächste Ausbaustufe des Karis fertig sein. Dann können sich vier Roboter zu einem Unstetigförderer zusammenschließen. Mit der ebenfalls in dieser Stufe erhöhten maximalen Tragkraft von 250 kg kann der Verbund eine Europalette bis zu einem Gewicht von 1 t tragen. Wie genau sich die einzelnen Transporter miteinander abstimmen, ist derzeit aber noch unklar. „Wahrscheinlich läuft es auf ein Master/Slave-Modus hinaus“, meint Christoph Nobbe, Projektleiter des Karis-Projekts und Mitarbeiter des Instituts für Fördertechnik und Logistiksysteme der Technischen Universität Karlsruhe. Im Prinzip funktioniert das auch schon. „Kritisch ist immer, das Ganze personensicher zu machen,“ erklärt Nobbe. Jeder Roboter, auch im Verbund, muss in jeder Situation und absolut zuverlässig erkennen, wenn ein Mensch seinen Weg kreuzt und wenn nötig anhalten oder ausweichen. Apropos ausweichen: Ebenfalls in der nächsten Ausbaustufe ist eine ‚Freund-Feind-Erkennung‘, wie Nobbe es nennt, integriert. Durch diese kann das Fahrzeug unterscheiden, ob ihm ein Schwester-Fahrzeug entgegenkommt oder ob es ein Mensch ist, der den Transporter vielleicht nicht gesehen hat. Im ersten Fall wird das Karis seine Geschwindigkeit beibehalten, im zweiten abbremsen. Die Entwickler versprechen sich davon eine insgesamt schnellere Auftragsbewältigung. Eugen Wilczek, Technology Field Manager Transport & Logististics bei SEW, geht davon aus, „dass wir in etwa zwei Jahren das Karis bis zur Marktreife entwickelt haben werden.“

David Löh

: Volontär der IEE

(dl)

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