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Flexibler Produktionsassistent für den mobilen Einsatz

Ein aktuelles Projekt verbindet Anwendungen aus Automation, Robotik und der IT-Welt, um automatischen Fördermitteln die nötige Flexibilität für den Einsatz in zahlreichen Aufgabenfeldern zu verleihen. Die möglichen Anwendungen reichen von der Bestückung über die Qualitätskontrolle bis hin zur Lagerlogistik.


Bild: Fraunhofer IPA

Automatische Fördermittel wie Förderbänder oder fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind in ihrer jetzigen Spezifikation zu starr, um den immer steigenden Anforderungen an eine effiziente Produktion gerecht zu werden. Um den Zielkonflikt aus Flexibilitätsbedarf, Kosten und Produktivität bestmöglich zu bewältigen, wurde das Projekt ‚Autonomous Manipulator Device for Strengthening Manufacturing in Europe‘ (Amadeus) über das europäische Netzwerk zur Förderung gemeinsamer Forschungsfelder European Research Area – Network (ERA-Net) und dem dazugehörigen Verbund Manunet initiiert.

Das Ziel des Projekts Amadeus besteht darin, arbeitsteilig durch Kombination eines FTS mit einem Roboterarm einen komplett neuen Lösungsansatz für die innerbetriebliche Materialhandhabung und den Materialtransport zu entwickeln. Die Steuerung dieses erweiterten FTS wird mit einem Manufacturing Execution System (MES) verbunden, um die Ausführung logistischer Tätigkeiten in Echtzeit zu planen, zu steuern und zu optimieren. Das Konsortium des Amadeus-Projekts besteht aus ACP-IT, einem Anbieter von Informationstechnik für Planung und Produktion, dem FTF-Anbieter Snox, dem Unternehmen Faude als Dienstleister im Bereich Automatisierungstechnik und Systemintegrator des Roboters sowie dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Das Institut übernimmt die Rolle des Projektkoordinators sowie die Integration und Applikationen des Amadeus-Systems.

Einsatz von Bestückung bis Qualitätskontrolle

Das System ist modular aufgebaut und besteht aus drei Komponenten: Das erste Modul bildet den ‚unteren‘ Teil des Amadeus-Systems und umfasst Sicherheits-Sensorik sowie einen omnidirektionalen Antrieb. Die Lösung ist zudem frei navigierbar und somit unabhängig von beispielsweise fest installierten Induktionsschleifen. Als zweite Instanz stellt das Basismodul mit Akkumulatoren, Recheneinheiten, dem Roboter und einem Bediendisplay das Herzstück des Systems dar. Der integrierte Roboter ist am Basismodul angebracht, arbeitet aber ‚auf Höhe‘ der dritten Ebene des Amadeus-Systems. Das dritte Modul, der applikationsspezifische Aufbau, ist individuell gestaltbar und richtet sich nach der im Unternehmen benötigten Funktionalität. Die Anwendungen der Förderlösung, etwa die automatische Bestückung einer Werkzeugmaschine oder eine mobile Qualitätskontrolle, lassen sich somit durch den applikationsspezifischen Aufbau definieren.

Nachbefüllung von Kanban-Regalen

Das Beispiel der automatischen Befüllung eines Kanban-Regals veranschaulicht die Funktionalität der integrierten Transportlösung: Wird ein Kanban-Behälter aus einem Regal entnommen, löst ein Sensor am Regel ein Signal aus, das an das MES übertragen wird. Das System erzeugt daraufhin einen entsprechenden Auftrag, um das Kanban-Regal mit einer vollen Kiste aufzufüllen. Der Auftrag wird terminiert und einem verfügbaren Amadeus-System zugeordnet. Die Verfügbarkeit hängt von den Fähigkeiten der Systeme, etwa der Transportkapazität oder der Traglast ab. Daneben spielt die terminliche Verfügbarkeit des Fördermittels eine zentrale Rolle. Um Fördermitteleinsatz und -belegung zu optimieren, können Distanzen und Routen berücksichtigt werden. Die einzelnen Arbeitsschritte eines Auftrags sind in Ablaufplänen im MES hinterlegt.

Der geeignete Ablaufplan wird gemeinsam mit weiteren Parametern, beispielsweise Terminen und Orten, an die Steuerungseinheit des Amadeus-Systems übergeben. Dies ermöglicht die Bewältigung vielfältiger Aufgaben durch den mobilen Produktionsassistenten. Die zugehörige Steuerung führt den Ablaufplan aus und ruft entsprechende Verfahr-, Navigations- und Handling-Unterprogramme auf. Der mobile Produktionsassistent fährt im weiteren Ablauf ins Lager, nimmt dort automatisch mit Hilfe des Roboters volle Kanban-Kisten auf und transportiert diese zum Verbrauchsort. Dabei können Bedarfe von mehreren Verbrauchsstellen zusammengefasst und auf einer Tour bedient werden. Während der Fahrt wird das Traffic-Modul aktiv, das auch Verkehrsbelastungen berücksichtigen kann. Der Roboter des mobilen Produktionsassistenten stellt bei der Ankunft am Kanban-Regal die volle Kiste vollautomatisch an die richtige Stelle im Regal. Nach der Ablieferung am Verbrauchsort ist das System für den nächsten Auftrag verfügbar.

Verbindung von Robotik, Automation und IT

So liefert der interdisziplinäre Ansatz, der neue Entwicklungen aus den Bereichen Industrierobotik, Servicerobotik und MES verbindet, die Grundlage für eine neuartige Automatisierungslösung auch für die Intralogistik. Die freie Navigierbarkeit mit automatisierter Wegfindung und die flexible Gestaltung durch den applikationsspezifischen Aufbau ermöglichen dem System ein breites Aufgabenspektrum und viele Einsatzmöglichkeiten.

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