Ein großer Teil der verkauften FTS wird in Innenräumen eingesetzt, die von der Öffentlichkeit abgeschirmt sind, vor allem in Produktionslagern, in denen nur eingewiesene Personen zugelassen sind. Die Dynamik der Umgebung, das Verkehrsaufkommen und die Autonomie der AGVs unterscheiden sich erheblich.
Im Rahmen des Konzepts der intelligenten Fabrik und in jüngerer Zeit im Rahmen des Paradigmas der Industrie 4.0/Smart Factory sind FTS zu einem wichtigen Bestandteil ihrer Flexibilität bei der Streckenführung geworden. Viele Jahre lang konnten FTS nicht die verdiente Akzeptanz in der industriellen Fabriklogistik erreichen, was sich jetzt radikal ändert. Gründe für den effektiven Einsatz von FTS sind die anerkannte Leistung und Zuverlässigkeit von FTS und die zunehmende Digitalisierung von Fabriken auch in schwierigen Umgebungen.
Arten von Operationen, die der Roboter ausführt
Abgesehen von ihrer mobilen Basis können FTS mit Behältern zur Lagerung von Gütern (“Carrier-Typen”), mit Transfervorrichtungen wie Gabelstaplern (“Gabeltypen”), Artikeltransferbändern, Schlitten oder Armen für deren Be- und Entladung und Manipulatoren für die Handhabung von Material in der Umgebung des mobilen Roboters (“mobile Kopiertypen”) ausgestattet werden. Andere FTS können zum Ziehen von Wagen verwendet werden (“tow type”).
Ursprünglich verließen sich FTS auf vorbereitete Böden, z. B. eingebettete Drähte oder Magnete, zur Bewegungsführung. Nach wie vor verlassen sich viele Systeme auf billige Maßnahmen zur Vorbereitung der richtigen Umgebung, z. B. magnetische Baken, Klebebänder auf dem Boden oder andere Mittel zur Erleichterung der Navigation. In der Zwischenzeit werden frei navigierende FTS in der Großserienfertigung und Logistik eingesetzt. Um diese Unterscheidung hervorzuheben, wurde der Begriff AMR (Autonomous Mobile Robot) geprägt.
Ihre Navigation basiert in der Regel auf Laserscannern, die eine genaue zweidimensionale Karte der Umgebung zur Selbstlokalisierung und Hindernisvermeidung liefern. Anfängliche Lösungen stützten sich auf Reflektormarker an festen Standorten, um die genaue Position zu bestimmen. Neuere Entwicklungen sind jedoch nicht mehr von festen Bezugspunkten abhängig und sind auch in dynamischen Umgebungen robuster. LiDAR und andere optische Sensoren bilden die Grundlage dieses Technologiesprungs. Schon früh wurden Kombinationen aus FTS und Roboterarmen realisiert, um Werkzeugmaschinen automatisch zu be- und entladen.
Diese mobilen Roboter werden in typischen Branchen der Industrieroboter-Automatisierung eingesetzt: Automobil, Elektro/Elektronik, Metall, Chemie, Gummi und Kunststoff, Lebensmittel und Getränke usw. Die Automobilindustrie führt jedoch die Installationszahlen an, da sie zunehmend mobile Roboter als Teil ihrer schlanken und agilen Fertigungskonzepte einsetzt, die Förderbänder und Takt ersetzen und Just-in-Time-, Just-in-Sequence- (JIT/JIS) Lieferungen sicherstellen. Zahlreiche Veröffentlichungen weisen auf das immense Zukunftspotenzial des mobilen Robotereinsatzes hin.
Typische Aufgaben für AGVs sind heute:
- Montage: Transport von Produkten durch Produktionsprozesse
- Zusammenbau: Sammeln von Teilen für die Montage
- Transport: Laden von Paletten und losen Teilen
- Bereitstellen: Anlieferung von Paletten für Produktionsprozesse
- Lagerhaltung: Transport der Produkte von den Streckverpackungsmaschinen zu den Docks oder ins Lager
- Auftragskommissionierung: Transport der bestellten Produkte zu den Ladeflächen der Anhänger für die Verteilung
- Teile/Just-In-Time (JIT) Lieferung: Abschleppen von Anhängern mit Teilen und Materialien zu Verbrauchsstellen
- Transfer/Shuttle: Übertragen von Lasten
Und ein ziemlich neues und florierendes Feld: AGVs werden zum Transport von Fahrgestellen in der Automobilproduktion eingesetzt, um eine flexiblere und agilere Produktion zu ermöglichen, als sie mit einem Förderband realisierbar ist. Das Fraunhofer IPA hat bereits 2014 gemeinsam mit der Bär Automation GmbH eine solche Lösung entwickelt. Weitere Entwicklungen von anderen Unternehmen folgten ebenfalls.
Ebene der Verteilung
Trotz der Existenz vieler Anbieter sind frei navigierende FTS (ohne feste Drähte oder andere Methoden des vorbereiteten Bodens) erst vor kurzem zur industriellen Praxis geworden. Darüber hinaus begünstigen Industrie 4.0- oder IoT-Szenarien die Verbreitung der FTS-Technologie in der Fertigungspraxis. Es wird erwartet, dass Gabelstapler - ein Standardhilfsmittel in der Logistik - zunehmend von autonomen Gabelstaplern betrieben werden. Alle großen Gabelstaplerhersteller experimentieren derzeit mit autonomer Navigation, Umgebungs- und Palettenerkennung oder haben bereits amüsante Produkte auf den Markt gebracht. Kuka bietet eine ganze Reihe von mobilen Manipulatorplattformen an, die je nach Aufgabe mit unterschiedlichen Roboterarmen ausgestattet sind. Beispiele sind der omniMove und die KMR iiwa-Einheit, eine mobile Plattform mit mechanischen Rädern für omnidirektionale Manöver. Der omniMove kann mit einem KR Quantec-Arm für schwere Aufgaben ausgestattet werden, während der KMR iiwa einen leichten LBR iiwa-Arm für filigrane Montagearbeiten verwendet.
Weitere Entwicklungen sind die MiR-Familie mobiler Mehrzweckplattformen von Mobile Industrial Robots und der Otto von Clearpath Robotics, die frei konfigurierbare, modulare Plattformen sind, vorzugsweise für die allgemeine Logistik in Gebäuden. Beide Systeme basieren stark auf ROS und sind einfach zu konfigurieren und in verschiedene Umgebungen zu integrieren.
Die von Kuka 195 entwickelten mobilen Plattformen, wie KMR- KR Quantec und flexFellow, navigieren autonom, agieren in Schwärmen und bieten volle Flexibilität für die industrielle Fertigung. Dies ist besonders für die interne Logistik von Bedeutung. Kuka bietet ein umfangreiches Mobilitätsportfolio, von manuell verfahrbaren bis hin zu autonom navigierenden Lösungen. Die vollautonomen Varianten arbeiten zudem ohne Induktionsschleifen, Bodenmarkierungen oder Magnete..
Omron bietet den LD-60/90 und den LD-250 mit einer maximalen Nutzlast von 90 kg bzw. 250 kg an. Über das Unternehmen ’s Website, - sie sind entworfen, um die Produktivität in der Fertigung und Logistik-Operationen drastisch zu erhöhen. Zu den neuen Merkmalen der Omron-Plattformen gehören die Selbstkartierung mit dem integrierten PC, die schnelle Installation, die einfache Interaktion auf dem Tablet mit der aktualisierten Software Mobile Planner und die verbesserten Sicherheitsfunktionen..
Bluebotics 196 ist ein weiterer Hersteller von mobilen Plattformen, der sowohl die Hardware als auch die notwendige Software für die Nutzung bereitstellt. Die Software ANT nutzt natürliche Strukturen in der Umgebung als Referenz für die Lokalisierung. Daher ist keine Infrastruktur wie Induktionsdrähte, Magnete oder Reflektoren zur Triangulation erforderlich. ANT kann auch einfache Deflektoren verwenden, entweder in Kombination mit natürlichen Strukturen oder allein, um Navigationslösungen anzubieten.
Kosten-Nutzen-Überlegungen und Marketing-Herausforderungen
Der Hauptvorteil von Roboterlösungen für die Fabriklogistik ist die Verringerung des Bedarfs an manuellen Mitarbeitern, die Beseitigung menschlicher Fehler und die Sicherheit am Arbeitsplatz. Ein detailliertes Schema für die Planung von FTS-Systemen für Rentabilität und Nutzen unterliegt mehreren Richtlinien. FTS stützen sich auf digitale Daten für das Aufgabenmanagement und die Umgebungsplanung, deren Beschaffung in vielen Fällen, insbesondere in kleinen Unternehmen, kompliziert war. Obwohl AGVs noch nicht das Niveau und die industrielle Verbreitung erreicht haben, die früher vorhergesagt wurden, können sie mehr Sicherheit und neue Entwicklungen bieten, wie z.B. automatische LKW-Entladesysteme.
Viele Anbieter haben damit begonnen, das Kostenproblem anzugehen, indem sie die Stückkosten von FTS minimieren, Leasingoptionen anbieten, um Unternehmensinvestitionen in nicht wertschöpfende Prozesse wie die Logistik zu reduzieren, und ihre Abhängigkeit von komplexen Daten für das Einsatzmanagement verringern. Eine systematische Methode und ein praktisches Toolset für die Systemplanung und Kostenanalyse für FTS-Installationen sind über die VDI 2510 und ANSI/ITSDF B56.5-2012 verfügbar..
Es wird geschätzt, dass die Vereinigten Staaten von Amerika derzeit 1/3 des gesamten Weltmarktes für FTS ausmachen. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass der Weltmarkt in den kommenden Jahren sehr schnell wachsen wird, da wichtige Voraussetzungen für die Investition in FTS zunehmend erfüllt sein werden, wie z. B.:
- Die Digitalisierung der Fabrikhalle. FTS sind für ihre Routenplanung und ihre Aufgaben auf digitale Daten angewiesen. Daher begünstigen neuartige Konzepte der Digitalisierung und Vernetzung von Umgebungen, wie sie in den jüngsten Initiativen in dieser Richtung angesprochen werden (Internet der Dinge/Dienste, industrielles Internet, Industrie 4.0 usw.), die Akzeptanz von FTS in Zielumgebungen. FTS können als typische cyber-physische Systeme (CPS) betrachtet werden.
- Leistungs- und Flexibilitätssteigerung der völlig autonomen Navigation ohne installierte Marker oder Baken.
- Längere Betriebszeiten durch kleinere Aufladezyklen, da die Energiespeichertechnologie verbessert wird (Batterien, Superkondensatoren).
- Schnelle und intuitive Umstellung und Konfiguration, einfache Wartung.
- Zunehmend positiver Ruf des Einsatzes von FTS (MTBF-Raten (Mean Time Between Failure) und Zuverlässigkeit), Benutzerfreundlichkeit, usw..
Die Investitionen in Serviceroboter für die Logistik in Produktionsprozessen amortisieren sich schnell, wenn die Arbeit 24 Stunden am Tag fortgesetzt wird. Daher kann davon ausgegangen werden, dass sich die Investition in Serviceroboter für die Logistik bei einer Lebensdauer von 15 Jahren innerhalb von 2 - 3 Jahren amortisiert; die Betriebskosten liegen unter 5% der jährlichen Investition. Die Betriebsverfügbarkeit kann mit 98,5 % angenommen werden.