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Das System organisiert sich selbst

Autonome Fertigungslinie

Das System organisiert sich selbst

Je reibungsloser die Hardwarekomponenten in einer smarten Fabrik zusammenarbeiten, desto höher ihre Produktivität. Wie das funktionieren kann, zeigt das Materialzuführungssystem, das bei einem deutschen Autobauer zum Einsatz kommt. Entwickelt wurde das System vom schwäbischen Mittelständler CSP.

 (Bild: CSP GmbH) [1]

(Bild: CSP GmbH)

Um arbeiten zu können müssen Roboter ständig mit Material versorgt werden. Fahrerlose Transportsysteme (FTS) holen die Paletten im Materiallager ab und transportieren sie an die Fertigungslinie, das Lagerverwaltungssystem sorgt dafür, dass die Palette korrekt bestückt und an die dafür bestimmte Station geschickt wird – und den eigenen Nachschub organisiert. An der Sicherheitsschleuse liefert das FTS seine Fracht ab, und der übergeordnete Zentralrechner führt alle Kommunikationsstränge zusammen. Die Zuführung der Werkstücke muss dabei reibungslos funktionieren, damit die Roboter an der Fertigungslinie ihre Arbeit rund um die Uhr verrichten können. Zudem muss die Zuführung sicher sein, denn weder Menschen noch unerwünschtes Material dürfen unkontrolliert in den Fertigungsbereich eindringen.

Hardware einbinden

Zuständig für solche Abläufe ist das Unternehmen CSP. Der Metallverarbeiter mit Sitz im schwäbischen Pfronstetten zählt zu den bevorzugten Ausrüstern in der Automotive-Branche. Das Unternehmen liefert nicht nur Sondermaschinen und Anlagen für die innerbetriebliche Logistik, sondern bindet die Hardware auch in die jeweilige IT-Umgebung ein.

Autonome Fertigungslinie

Ein deutscher Automobilhersteller wollte beispielsweise seine autonomen E-Mobil-Fertigungslinien mit Material versorgen. „Grundvoraussetzung dafür ist, dass alle Systeme und Komponenten reibungslos funktionieren, lückenlos vernetzt sind und miteinander kommunizieren“, so Harald Späth, einer der Geschäftsführer von CSP. Das beginnt dabei, dass jede Bewegung der Bestückungsroboter datentechnisch erfasst und protokolliert wird – und damit auch die Zahl der verarbeiteten Bauteile. Das Zentralsystem kennt also zu jeder Zeit den aktuellen Bestand an der Fertigungslinie. Es weiß, wann die nächste Palette benötigt wird und gibt das entsprechende Signal zu einem vordefinierten Zeitpunkt an das Netzwerk, das die fahrerlosen Transportsysteme durch die Fabrik (FTS) steuert. Dieses Netzwerk wiederum kennt den genauen Standort jedes Transportgefährts und dessen Zustand – ist es beladen oder unbeladen unterwegs, führt es aktuell einen Auftrag aus und wann ist es gegebenenfalls für den nächsten Transport frei.

Sicherheitszeitpuffer

Damit es keine Verzögerungen am Band gibt, ist zwischen Auftrag und Auslieferung ein Sicherheitszeitpuffer eingebaut. Denn im Extremfall kann es vorkommen, dass alle FTS im Einsatz oder weit entfernt vom Lager sind. Das heißt, sie brauchen eine gewisse Zeit, bis sie einen Auftrag ausführen können. Auf jedem FTS befindet sich ein Untersatzwagen, auch Bodenroller genannt, der die jeweilige Palette trägt. Hat ein leeres FTS den Auftrag übernommen, bewegt es sich mit den Koordinaten seines dortigen Bestimmungsortes zum Lager. Unterdessen hat auch das Lagerverwaltungssystem den Auftrag mit allen erforderlichen Daten bekommen.

Autonome Fertigungslinie

Das System organisiert sich selbst

(Bild: CSP GmbH) [2]

(Bild: CSP GmbH)

Palette steht bereit

Mit Eintreffen des FTS steht die automatisch mit den angeforderten Teilen bestückte Palette zur Abholung bereit. Für die Fahrt durch die Fabrik wurden die fahrerlosen Transportsysteme zuvor trainiert – sie können sich komplett autonom bewegen. Taucht ein Hindernis auf, verlangsamt das FTS automatisch seine Fahrt, umfährt das Hindernis oder bleibt stehen.

Keine ungebetenen Gäste

Ziel des inzwischen mit Material beladenen Transportgefährts ist eine der Sicherheitsschleusen, zentrales Element des Materialzuführungssystems. Jede Schleuse hat ihren eigenen Code, anhand dessen das FTS weiß wohin. Die Herausforderung ist, dass nichts an die Fertigungslinie gelangt, was dort nicht hingehört. Die entsprechende Lösung von CSP ist komplex – sowohl was die Hardware angeht als auch die Steuerung via Datenkommunikation. Die Komponenten sind untereinander per Wlan sowie mit der zentralen IT-Plattform des Werks vernetzt. „Da wird jeder Vorgang detailliert erfasst, mit Zeitstempel versehen, im Zentralrechner abgespeichert und dokumentiert. Wenn z.B. nach Jahren ein hier produziertes Fahrzeug einen Unfall hat, lässt sich lückenlos und exakt nachvollziehen, wann genau das hier gebaut wurde – und ob es etwas gab, das diesen Unfall mitverursacht haben könnte“, sagt Späth.

(Bild: CSP GmbH) [3]

(Bild: CSP GmbH)

Akribische Abstimmung

Entsprechend akribisch sind die Prozesse definiert und ist jeder Teilprozess auf den nächsten Schritt abgestimmt. So weiß die zentrale Steuerung, wann ein FTS zu welcher Schleuse unterwegs ist, welche Teile es geladen hat und wie groß sein Ladevolumen ist. Erreicht ein beladenes FTS die Schleuse, fährt es bis zu einer vordefinierten Position und meldet sich per Datentransfer an. Die Einfahrt zur Schleuse ist mit zwei Sicherungssystemen ausgestattet: einem mechanischen Rolltor und einem Lichtgitter. Nach der Anmeldung fährt das Rolltor automatisch hoch – und zwar genau so weit, dass das FTS mit seiner Fracht durchpasst. Die seitlichen Abmessungen sind immer identisch, die Schleuse ist nur so breit, dass eine Palette genau durchpasst. Zeitgleich mit der Öffnung des Rolltores wird das Lichtgitter dahinter scharf geschaltet. „Ab diesem Zeitpunkt wertet das System die Signale aus, die das Lichtgitter liefert“, erklärt Harald Späth. Dringt etwas ungeplant ein, wird Alarm ausgelöst. Ist das Rolltor offen und das Lichtgitter scharf geschaltet, bekommt das FTS die Freigabe zur Einfahrt- allerdings nur so weit, dass seine ‚Schnauze‘ den ersten von drei Lichtsensoren erreicht. Für die Weiterfahrt des FTS sind jetzt zwei Zustände Voraussetzung: Die Schnauze des FTS hat den Lichtsensor erreicht, unterbricht also dessen Signal, und das Lichtgitter ist noch ohne Signal, wurde also noch nicht unterbrochen. Ist dies der Fall, deaktiviert die Schleuse die Alarmfunktion des Lichtgitters (Muting) und erteilt die Freigabe zur Weiterfahrt bis zum nächsten Lichtsensor. Dieser ist so platziert, dass die hintere Schnauze des Transportsystems noch ein Stück nach außen ragt. Ist der zweite Lichtsensor erreicht, wird das Lichtgitter wieder scharf geschaltet. Zugleich erhält das FTS die Freigabe, bis zum nächsten, dem dritten Lichtsensor vorzufahren. Nun befindet sich das komplette Transportsystem inklusive Fracht in der Schleuse. Das FTS senkt sich ab und fährt rückwärts unter der Palette und dem Lichtgitter hindurch aus der Schleuse. Zurück bleiben der Bodenroller und die Palette mit ihrer Fracht. Das Rolltor schließt sich wieder.

In die andere Richtung

Beim Einfahren sorgen speziell entwickelte Auffangarme dafür, dass die Palette auch seitlich exakt richtig positioniert ist. Bis zu zwei Paletten passen in eine Schleusenkammer, zwei weitere zwischen Schleuse und Fertigungslinie. Sobald der Roboter die Palette geleert hat, wird sie über das Kettentransportsystem zunächst zur Seite transportiert und dann wieder zurück in Richtung Schleuse. Dort befindet sich eine zweite Schleusenkammer für die Ausfahrt der leeren Palette. Der Prozess für die Einfahrt startet erneut – nur in die andere Richtung.