Materialfluss Round Table: FTS – autonome Freiflieger in 2D

Die Automobilindustrie war einst der große Treiber. Schon bald eroberten die „Rollenden Werkbänke“ auch andere Branchen. Längst haben die FTS den Leitdraht verlassen und punkten als autonome Transportsysteme mit einer 24/7-Performance.

Moderne Rechnertechnik und Sensorik haben diese Entwicklung beschleunigt. Was können die Automated Guided Vehicle heute und wohin steuert die Branche? Die Experten hatten spannende Antworten im Gepäck.

Im Bader Hotel in Parsdorf bei München begrüßten Martin Schrüfer, leitender Chefredakteur Materialfluss und LT-manager, Redakteurin Susanne Frank und Walter Dorsch (Freier Mitarbeiter) fünf Experten aus Deutschland, Österreich und den Niederlanden:

Nicht zu den FTS-Systemen zählt Ossendorf die Gruppe der Service Roboter, die derzeit stark im Trend sind. Seine Abgrenzung begründet er damit, dass schon im Namen FTS der Begriff Transport erscheine, während es beim Begriff Service Robotik eher ums Warenhandling gehe. Allerdings, schränkt Ossendorf ein, lasse sich bei den klassischen Anwendungsgebieten nicht mehr so exakt abgrenzen. Es gäbe heute in jeder Branche fahrerlose Transportfahrzeuge, die ihre Aufgaben erfüllen.

„Das FTS ist sicher und es wird stoppen, wenn ein Mensch davor steht.“ Jan Jongbloets, Director Business Development bei Oceaneering, Utrecht (Niederlande)

Jan Jongbloets, Director Business Development bei Oceaneering, wirft ein, dass man sich oft zu sehr auf die Fahrzeuge fokussiere. Es ginge letztendlich um die logistische FTS-Lösung, unterstützt durch FTF. Auch für Dr. Markus Aichinger vom Team Innovation & Logistics bei Knapp geht es darum, eine Lösung für den Kunden zu liefern. „Angefangen bei Geräten, die 15 Kilo transportieren können, bis hin zu mehreren Tonnen, geht es darum, ein Gesamtkonzept zu erstellen. Bei uns ist das meist eine Kombination aus Transport und Kommissioniervorgängen. Das liegt daran, dass wir aus dem Bereich der Distributionsläger gekommen sind und uns erst in den letzten Jahren in Richtung produzierende Unternehmen entwickelt haben,“ so der Österreicher. Dr. Andreas Richtsfeld von DS Automation sieht einen Trend, dass die mobile Robotik immer mehr bei den FTS-Herstellern ankommt. Der Produktentwickler glaubt jedoch, dass die industriellen Transporte der Logistik nach wie vor das Hauptinteresse seien.

So sieht das auch Elmar Issing, Vice President Robotics & Innovations bei SSI Schäfer Noell. „Der Materialfluss macht nicht vor den Transportsystemen halt. Es wird versucht, aus dem Transport noch mehr zu generieren. Ich denke, dass heute eine notwendige Weiterentwicklung stattfindet, um den sich verändernden Prozessen nicht nur in der Warehouse Logistik, sondern auch in Montageprozessen und in Fertigungsprozessen gerecht zu werden.“ Aus seiner Sicht müsse man dabei weg von der starren Verkettung, hin zu einer sinnvollen Vernetzung der verschiedenen Prozessbereiche.

Ersetzt das FTS den Gabelstapler?

„Wenn wir von einem fahrerlosen Transportsystem sprechen, dann sollten wir mindestens über drei Komponenten sprechen. Dipl.-Ing. (TH) Peter Ossendorf, Leiter Vertrieb/Marketing bei MLR System, Alsdorf

Als reines Substitut sieht Ossendorf das FTS nicht. „Wenn der Kunde einen Gabelstapler durch ein FTS ersetzen möchte, dann wäre das der falsche Denkansatz. Man muss zunächst eine Analyse der Aufgabenstellung vornehmen und dann das geeignete Gerät auf den Plan bringen. Es gibt hunderte verschiedener Typen von fahrerlosen Transportfahrzeugen und da ist der Gabelstapler nur ein kleiner Bereich. Allerdings erfüllen heute FTS Aufgaben, die ein Mensch gar nicht mehr erfüllen kann.“ Das sei der Fall, wenn es um schwere Lasten gehe. Beim Coil-Handling beispielsweise rede man über 30 Tonnen und bei Werkzeugen, die in Presswerken eingesetzt werden, sogar über 60 Tonnen. Da gäbe es inzwischen sehr gute Lösungen, die den Menschen an dieser Stelle ersetzen können. Die Beratungstiefe, die die Kundschaft heute fordere, sei natürlich entsprechend intensiv geworden, verrät der Vertriebsleiter.

Dem kann Markus Aichinger nur zustimmen: „Es ist immer sehr spannend, wenn Kunden kommen und eine Prozesslösung haben wollen, aber dann mehrere Möglichkeiten in der Konzeptfindung zur Auswahl haben möchten.“ Der Österreicher erinnert sich an einen Auftrag, wo der Kunde keine Möglichkeit hatte, Fördertechnik einzubauen und nur Gänge zur Verfügung standen, die auch von Personen genutzt wurden. „Eine Kombination aus Personen und Verkehr – wie kann man das geschickt machen, abhängig von der Skalierung? Da sind wir dann auf interessante Ansätze gekommen, die man in dieser Form noch nicht gesehen hat. Hinzu kam, dass der Kunde mit einer einfachen Lösung beginnen wollte, weil er nicht wusste, wie sich sein Geschäft entwickelt. Solche Aufgabenstellungen sind dann prädestiniert, um flexible Lösungen in Ansatz zu bringen, die wenig Infrastruktur benötigen, genau passend für diesen Kunden.“

Für welche Unternehmen lohnt es sich, über FTS nachzudenken?

„24/7 und Mehrschichtbetriebe sicherlich,“ sagt Jan Jongbloets. Elmar Issing ergänzt: „24/7 – drei Zahlen, ein Strich dazwischen, oft wird das einfach so dahingeschrieben. Aber was steckt dahinter? 24/7 bedeutet rund um die Uhr Betrieb, Jahr ein Jahr aus. Das ist schon extrem! Wir haben einen Kunden in Belgien, der im 24/7 Betrieb 360 Paletten pro Stunde mit FTS bewegt, Tag und Nacht, Sonn- und Feiertag. Jeder weiß, was es bedeutet, wenn man dafür Personal bereitstellen müsste. Da darf keiner ausfallen, es muss immer laufen. Auch in Tiefkühllägern kann man über fahrerlose Transportsysteme nachdenken,“ so Issing.

Der Return on Investment ist, laut Ossendorf, nach wie vor ein wichtiges Kriterium für eine Investition. „Man muss es wirklich branchenspezifisch sehen. Wenn man sich im Zweischichtbetrieb bewegt, dann müssen Kunden im Bereich der automatischen Warenbewegung mit einem ROI von 2,2 bis 2,4 Jahren operieren. Geht man aber in spezifische Bereiche wie Schwerlast-FTS, lässt sich durchaus auch im Einschichtbetrieb damit Geld verdienen. Da ist man dann auch bereit, einen ROI von 5 oder 6 Jahren zu akzeptieren.“

„Der ROI lässt sich nicht pauschalisieren,“ gibt Issing zu bedenken. „Beim 24/7-Betrieb kann das innerhalb eines Jahres sein. Anderswo kann es fünf bis sechs Jahre dauern und ist trotzdem sinnvoll.“ Ossendorf verweist in dem Zusammenhang auf die VDI-Richtlinie „Wirtschaftlichkeit von fahrerlosen Transportsystemen“, die aufzeigt, dass neben der Personaleinsparung noch andere Faktoren eine Rolle spielen, wie etwa die Vermeidung von Schäden an der Gebäudestruktur, verursacht durch manuelle Flurförderzeuge.

„Im Endeffekt will der Kunde aber seine Prozesse optimieren. Das ist immer eine Kostenfrage.“ Dipl.-Ing. Dr. Andreas Richtsfeld, Technologie & Produktentwicklung bei DS Automotion GmbH, Linz (Österreich)

„Im Endeffekt will der Kunde aber seine Prozesse optimieren,“ bringt es Richtsfeld auf den Punkt. „Das ist immer eine Kostenfrage. Was noch dazu kommt ist die Tatsache, dass der Kunde heute mehr von der Automatisierung erwartet als früher. Die Angst, dass man an Flexibilität verliert, hat sich umgedreht. Der Kunde glaubt an die Technik und weiß, dass FTS ein sinnvoller Einsatz ist. Da muss man gar keine große Überzeugungsarbeit mehr leisten. Der Kunde geht davon aus, dass die Technik heute bereitsteht, um alle Aufgaben zu lösen. Es geht aber nicht nur darum, die Ware von A nach B zu fahren. Die Prozesssicherheit muss gewährleistet sein. Man sieht heute immer mehr die Integration von verschiedenen Techniken. Der Einfluss der Robotik ist sehr groß. Es wird daran gearbeitet, aus der Technik noch mehr rauszuholen.“

Jan Jongbloets bezeichnet die Prozesssicherheit als kritischen Fall, wo man die Erwartungen an Produkte und Technik bremsen muss. „Das gilt für Anwendungen, wo man chaotischen Transport kombiniert mit FTS. Das FTS ist sicher und es wird stoppen, wenn ein Mensch davor steht. Wenn jedoch die Störungen zu hoch sind, dann geht die Leistung runter. Da muss man ganz ehrlich sein. Aber in den meisten Fällen lässt sich der manuelle Transport automatisieren, wenn die Umgebungsstörungen nicht zu hoch sind.“

Themenwechsel in der Diskussionsrunde. Es geht um Techniktrends wie Navigation und Ortungssysteme. Richtsfeld nennt als Stichwort das „virtuelle Spiel“, bei dem das Fahrzeug sich auf einer virtuellen Leitlinie bewegt. „Wir planen die Fahrwege und Kreuzungen, aber die virtuelle Leitlinie ist keine geplante Fahrspur. Bei freifahrenden Fahrzeugen kommt man in den Bereich der mobilen Robotik, d. h. die Fahrzeuge könnten selbst entscheiden, welche Fahrwege sie nehmen. Mit dem freien Fahren beginnen aber auch die Probleme mit dem Menschen in der Umgebung. Eine breite Lösung, die alle Probleme mit wirklich freifahrenden FTS löst, gibt es aus meiner Sicht momentan noch nicht,“ so Richtsfeld.

„Der Materialfluss macht nicht vor den Transportsystemen halt.“ Elmar Issing, Vice President Robotics & Innovations bei SSI Schäfer Noell, Giebelstadt

Issing bringt die schwarmintelligente Organisation ins Spiel, von der er allerdings nicht ganz überzeugt ist, ob sie tatsächlich wie in der Tierwelt funktioniert. „Es geht ja nicht um Fahrzeuge, die ich schön der Reihe nach durch die Gegend schiebe, sondern um Fahrzeuge die frei im Raum navigieren können. Das Thema geht dann richtig los, wenn Fahrzeuge untereinander kommunizieren und sich Aufträge zuteilen. Dann geht es weiter, dass man eine zentrale Steuerung hat, um eine ganze Flotte zu steuern und zu organisieren. Das was sich dezentral als „Intelligenz“ auf der Maschine befindet, ist natürlich vorher programmiert worden.“

Ossendorf hat seine eigene Definition in punkto Navigation. „Die spurgeführten Systeme nenne ich immer 1D-Navigation, also eindimensionale Navigation, um eine Begrifflichkeit zu finden. 1D-Navigation ist aufgrund ihrer einfachen Technik preiswerter als die freie Navigation. Die freie Navigation nenne ich 2D-Navigation, weil sie die Möglichkeit bietet, dass man xy-Koordinaten frei fahren kann. In der 2D-Navigation gibt es drei Modelle und da unterscheide ich zwischen künstlichen Ortsmarken und natürlichen Ortsmarken. Letztere werden als Gebäude-Navigation bezeichnet. Es kann zum Beispiel eine Säule, eine Maschine oder eine Türfüllung sein. Künstliche Ortsmarken sind bei der Lasernavigation die Reflektoren oder bei der Magnetnavigation die Magnete im Boden, die aber auch nur als Referenzen dienen.“

Die freie Navigation würde oft falsch verstanden, weiß der MLR-Vertriebsleiter, weil Kunden oft meinen, die künstlichen Ortsmarken seien dafür da, dass man sich daran entlang hangelt. Es sind aber nur Referenzen, die das Fahrzeug abfragt, ob es auf dem richtigen Weg ist. Ist es nicht auf den richtigen Weg, korrigiert es sich selbst.

Richtsfeld definiert Schwarmintelligenz als die Summe von intelligenten Agenten, die miteinander vernetzt sind und gemeinsam eine Aufgabe lösen können, die ein einzelnes Fahrzeug nicht lösen kann. Das einzelne Fahrzeug wäre dann der Agent. Von einer Intelligenz einzelner Agenten zu sprechen, hält er für übertrieben.

Ossendorf wehrt sich gegen Schwarmintelligenz jeglicher Art, „Intelligenz heißt für mich abstraktes Denken mit entsprechender Auslösung von Aktionen. Das spreche ich keiner Maschine der Welt aktuell zu. Bei der künstlichen Intelligenz bin ich ein Stück weit toleranter, weil das aussagt, dass es keine menschliche Intelligenz ist. Man könnte bei der Schwarmintelligenz durchaus von einem Master-Slave-System sprechen, weil es tatsächlich so ist, dass einer vorangeht und die anderen sich darum anordnen und versuchen die Gesamtleistung durch die Vielzahl der Interaktionen zu erfüllen. Ob das dann intelligent ist…?“

„Angefangen bei Geräten, die 15 Kilo transportieren können, bis hin zu mehreren Tonnen, geht es darum, ein Gesamtkonzept zu erstellen. Dipl.-Ing. Dr. Markus Aichinger, Innovation & Logistics bei Knapp Systemintegration, Leoben (Österreich)

Aichinger berichtet von einem Messe-Exponat, wo man die Problematik der frei navigierenden FTS demonstriert hat. „Wir haben ganz bewusst über den Transportweg einen Konflikt erzeugt, so dass das Fahrzeug nie den direkten Weg fahren konnte, um einfach zu zeigen, was man algorithmisch erreichen kann. Bei der Entwicklung unseres Systems haben wir immer die Verkehrsprobleme in den Städten vor Augen gehabt, wo sich morgens die eine Spur und abends die andere staut. Diese Situation versuchen wir mit unseren vollautomatisierten Systemen und einem geschickten Leitsystem abzubilden.“

Richtsfeld ist der Meinung, dass man es nicht so plakativ ausdrücken kann. „Das Leitsystem ist der Kernpunkt bei dieser Komplexität. Wenn wir das Beispiel Straße nehmen und alle Autos durch selbstfahrende Fahrzeuge ersetzen, würde man ohne Leitsystem trotzdem im Stau stehen. Auf der Straße kann ich versuchen umzudrehen, beim FTS nicht! Bei einer Blockierung ist Ende.“

Beim Thema Energiesysteme spricht Ossendorf von einem Trend in Richtung Lithium-Ionen Batterien, die die Nickel-Cadmium-Systeme ablösen würden. Die Li-Ion-Technikpunkte vor allem in Sachen Schnellladung, Wirtschaftlichkeit und vor allem in der Pflegequalität. „Wenn man die Folgekosten zusammenrechnet, dann ist ein Kunde besser bedient, wenn er Li-Ion-Batterien als Erstinvestition nimmt, statt Systeme, die er alle zwei Jahre austauschen muss. Wenn man von Total Cost of Ownership (TCO) redet, dann sind Li-Ion-Batterien absolut wettbewerbstauglich. Schön wäre es, wenn sie noch mehr Kapazität und eine noch höhere Energiedichte hätten als aktuell verfügbar.“

Wie sich der Einsatz der Li-Ion-Batterien beim FTS auswirkt, davon weiß auch Issing zu berichten. „Wir fahren 24/7 mit einer Fahrzeugflotte von 15 Fahrzeugen und brauchen nur noch drei Ladestationen. Es gibt keine speziellen Laderäume und keine Batteriewechsel mehr. Die Fahrzeuge wechseln sich an den Ladestationen ab. Wir fahren zwei Stunden durch und laden genau acht Minuten – natürlich mit hohen Stromstärken. Mit neuen Kapazitäten werden wir in Zukunft drei Stunden fahren und auch nur acht bis zehn Minuten Ladezeit haben.“