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Fahrerloses Transportfahrzeug

Ein Fahrerloses Transportfahrzeug (Abk. FTF) oder englisch Automated Guided Vehicle (AGV[1]) ist ein flurgebundenes Fördermittel mit eigenem Fahrantrieb, das automatisch gesteuert und berührungslos geführt wird. Fahrerlose Transportfahrzeuge dienen dem Materialtransport, und zwar zum Ziehen oder Tragen von Fördergut mit aktiven oder passiven Lastaufnahmemitteln.

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind innerbetriebliche, flurgebundene Fördersysteme mit automatisch gesteuerten Fahrzeugen, deren primäre Aufgabe der Materialtransport, nicht aber der Personentransport ist. Sie werden innerhalb und außerhalb von Gebäuden eingesetzt und bestehen im Wesentlichen aus folgenden Komponenten;

Beide Definitionen sind entnommen aus VDI-Richtlinie 2510 „Fahrerlose Transportsysteme“.[2]

Inhaltsverzeichnis

Motivation für den Einsatz Fahrerloser Transportsysteme

In Produktions- und Distributionsbetrieben gibt es seit vielen Jahren die Forderung nach kurzen Durchlaufzeiten, geringen Beständen und hoher Flexibilität. Zur Erreichung dieser Ziele sind vielfältige organisatorische Maßnahmen und der Einsatz technischer Mittel möglich beziehungsweise erforderlich. Im Bereich der technisch-operativen Logistik sind es die Prozesse und Betriebsmittel des innerbetrieblichen Materialflusses, die geeignet gestaltet werden müssen. Ein wichtiger Prozess im Materialfluss ist das Transportieren, also die zielgerichtete Ortsveränderung von Gütern. Ein Betriebsmittel, das hierzu wegen seiner universellen Verwendungsmöglichkeiten in nahezu allen Unternehmen eingesetzt wird, ist der konventionelle Gabelstapler bzw. sein „kleiner Bruder“, der Gabelhubwagen („Ameise“).

Neben vielen unbestrittenen Vorteilen hat der manuelle Transport aber auch Nachteile, daher existieren Automatisierungslösungen für das innerbetriebliche Transportieren von Gütern. Der automatisierte Transport bietet gegenüber dem manuellen Transport unter anderem folgende Vorteile:

Ein sehr wichtiges, wertmäßig allerdings nur schwer erfassbares Kriterium ist die Flexibilität, das heißt die leichte Anpassungsfähigkeit eines Transportsystems an veränderte äußere Verhältnisse. Ein Fahrerloses Transportsystem ist eine von zahlreichen Möglichkeiten, den Transportprozess zu automatisieren, bietet allerdings im Vergleich mit allen anderen Techniken den Vorteil der größten Flexibilität.

Siehe auch: Förderanlage

Vorteile beim Einsatz von FTS

Die unterschiedlichen Fördersysteme unterscheiden sich bezüglich ihrer technischen Eigenschaften und Fähigkeiten in vielfältiger Weise[3]. Unter den automatisierten Transportsystemen gelten Fahrerlose Transportsysteme als eine Lösung mit größtmöglicher Flexibilität. Für die Beurteilung des Flexibilitätsgrades eines Fördersystems sind u. a. folgende Kriterien von Bedeutung:

Ein Fahrerloses Transportsystem erfüllt alle diese Kriterien.

Weitere positiv zu bewertende Merkmale eines FTS, die allerdings im Einzelfall – nicht jedoch in der Gesamtheit – von anderen Fördermitteln noch übertroffen werden können:

Einsatzgebiete für FTS

Die Einsatzgebiete für Fahrerlose Transportsysteme sind so vielfältig wie die Transport-Aufgabenstellungen in der Industrie, d. h. es gibt für FTS prinzipiell keine Ausführungsbegrenzungen. Überblick über Kennzahlen und Eigenschaften bisher realisierter Systeme:

Anzahl FTF je System
ein bis mehrere hundert
Tragfähigkeit eines FTF
wenige Kilogramm bis über 50 t
Fahrgeschwindigkeit
typischerweise ca. 1 m/s, aber auch abweichende Werte möglich; die Maximalgeschwindigkeit ist durch das Bremsvermögen begrenzt
Fahrkurslänge
wenige Meter bis über 10 km
Anzahl der Lastwechsel-/ Arbeitsstationen
unbegrenzt
Anlagensteuerung
manuell bis vollautomatisch, stand-alone oder in komplexe Materialflusssysteme integriert
Einsatzdauer
sporadisch bis „rund um die Uhr“
Antriebskonzept
elektromotorisch, mit oder ohne Batterie; verbrennungsmotorisch

Fahrerlose Transportsysteme zeichnen sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit an unterschiedlichste Aufgabenstellungen aus. Die folgenden Bilder von Fahrzeugen zeigen Ausführungsbeispiele und Bauformen, die gleichzeitig die Vielfalt der möglichen Anwendungen aufzeigen:

Innerbetrieblicher Transport

kein beziehungsweise kein angetriebenes Lastaufnahmemittel (LAM)
aktives LAM, Standard-Ladehilfsmittel
Fahrzeuge für Palettentransport
Fahrzeuge für KLT-Transport (Kleinteileladungsträger; z. B. „Schäfer-Kasten“)
Mobile Montage-Plattformen

Sonderfahrzeuge

Schwerlast-FTF für Indoor-Anwendungen, diverse Ladehilfsmittel
Outdoor-Fahrzeuge

Geschichte der FTS

Um 1953/54 wurde von der amerikanischen Firma Barrett Vehicle Systems erstmals ein Schlepper vorgestellt, der selbsttätig einem weißen, auf den Boden aufgebrachten Farbstreifen folgte. Hierzu hatte man am Lenkrad zusätzlich einen Lenkmotor angebracht, der Steuersignale eines optischen Sensors erhielt, mit dem der Farbstreifen abgetastet wurde. Anwendung fanden diese Schleppzüge für wiederkehrende Sammeltransporte über große Strecken. Nach demselben Prinzip funktionierten Fahrzeuge der Firma EMI in England, die dort ab 1956 auf den Markt kamen.

In Deutschland begann die Entwicklung im Jahre 1963. Hersteller von Flurförderzeugen, bis Anfang der 80er Jahre insbesondere die Firmen Jungheinrich in Hamburg und Wagner in Reutlingen, automatisierten ursprünglich ebenfalls für manuelle Bedienung gebaute Gabelhub- und Plattformfahrzeuge mittels „photoelektronischer“ und später dann induktiver Steuerung. Bis dahin „selbststeuernde“, schienengeführte Kommissionierfahrzeuge wurden in gleicher Weise umgebaut.

Bereits Ende der 60er Jahre entwickelte man speziell für den automatischen Transport konstruierte Schlepper. Mit automatischen Kupplungen versehen und der Fähigkeit, automatisch rückwärts zu fahren, konnten diese Fahrzeuge Anhänger ankuppeln und am Bedarfsort abstellen. Vorrichtungen zur automatischen Batterieladung waren ebenfalls schon vorhanden.

Die unterschiedlichsten Forderungen der Anwender aus allen denkbaren Industrien, Branchen und Dienstleistungsunternehmen befruchteten die weitere Entwicklung. Die vielen Freiheitsgrade bei der konstruktiven Gestaltung der Fahrzeuge führten zu zahllosen Varianten im Fahrzeugaufbau. Technische und technologische Entwicklungen in der Elektronik, der Halbleitertechnik, der Rechnertechnik und der Sensorik ermöglichten gleichzeitig immer komplexere Steuerungen und Systeme. Befruchtend wirkten auch Entwicklungen in Materialfluss- und Lagertechnik, Produktionsmethoden im Maschinenbau und Trends in Montagetechniken, Arbeitsgestaltung, -methodik und Ergonomie.

Navigationsverfahren für FTF

Wenn ein Fahrzeug automatisch, also ohne menschlichen Fahrer, betrieben werden soll, ist die Navigation eine der wesentlichen Aufgaben, die durch Fahrzeugrechner + Software + geeignete Sensorik gelöst werden muss. Bei der Navigation – ursprünglich bei Schiffen, gilt aber ebenso für Landfahrzeuge – gibt es folgende Aufgabenstellungen:

  1. abhängig von der aktuellen Position und dem Ziel, das erreicht werden soll: Bestimmung der Soll-Fahrtrichtung und Soll-Geschwindigkeit
  2. Feststellung der Ist-Werte: aktuelle Fahrtrichtung und -geschwindigkeit

Koppelnavigation

Das aus der Seefahrt stammende Verfahren der Koppelnavigation basiert auf dem Prinzip, durch Messen von Fahrtrichtung und Geschwindigkeit oder zurückgelegter Strecke von einem bekannten Startpunkt ausgehend die aktuelle Position zu berechnen. Die Koppelnavigation ist ein relatives Verfahren zur Positionsbestimmung, es benutzt außer dem Startpunkt keine absoluten (fixen) Referenzpunkte. Vorteil der Koppelnavigation ist, dass sie mit relativ einfachen Messgeräten und Algorithmen durchgeführt werden kann. Nachteilig ist, dass die Genauigkeit bzw. der Fehler dieser Messgeräte unmittelbar in die Genauigkeit des Ergebnisses eingeht. Dies führt mit zunehmender Entfernung vom Startpunkt zur Verschlechterung der Genauigkeit der ermittelten Position. Dieser prinzipbedingte Nachteil lässt sich zwar durch aufwändige Kalibrierung der Messgeräte und sorgfältiges Arbeiten minimieren, aber nicht völlig abstellen. Zusätzliche Fehler entstehen durch den Einfluss unbekannter, unbemerkter oder nicht messbarer Störgrößen.

Die Koppelnavigation bei Landfahrzeugen bezeichnet man auch als Odometrie (engl. Odometer „Gerät zur Wegmessung“).

Die Bestimmung der Fahrtrichtung erfolgt durch Messung des (der) Lenkwinkel(s) des Fahrzeugs. Die zurückgelegte Strecke lässt sich ermitteln durch Zählen der Umdrehungen eines Rades, dessen Durchmesser oder Umfang bekannt ist.

Bekannte Probleme und mögliche Fehlerquellen der Odometrie:

Fazit: Odometrie allein ist als Navigationsverfahren für Fahrerlose Transportfahrzeuge unter keinen Umständen ausreichend.

Spurführung mit kontinuierlicher Leitlinie

Es gibt verschiedene technische Möglichkeiten, die Ergebnisse der Odometrie zu verbessern und die oben beschriebenen Nachteile zu entschärfen. Die mit der Bestimmung der Fahrtrichtung zusammenhängenden Probleme sind nicht länger relevant, wenn das Fahrzeug mit geeigneter Sensorik eine kontinuierliche Leitlinie verfolgt. Abhängig von den Einsatz-Umgebungsbedingungen werden optische, magnetische oder induktive Leitlinien verwendet und mit Kameras (Farbkontrast), Hallsensoren (Magnetfeld) oder Antennen (elektrisches Wechselfeld) detektiert.

Das zweite Problem der Odometrie, der sich akkumulierende Fehler in der Wegmessung, kann durch Referenzpunkte entlang des Fahrwegs gelöst werden: Das Überfahren von Bodenmarken (Metallstück, Magnet, Transponder), deren Abstände in der Fahrzeugsteuerung hinterlegt sind, löst ein Signal in der Fahrzeugsteuerung aus und der bis hierher entstandene Fehler der Wegmessung wird genullt. Eine unter Umständen am Zielpunkt erforderliche Feinpositionierung des Fahrzeugs erfolgt ebenfalls relativ zu einem externen Triggersignal (Bodenmarke, Lichtschranke, etc.).

Vorteile
Nachteile

Rasternavigation

Um die mit der Erstellung der Leitspur verbundenen Kosten zu reduzieren, kann man aus der kontinuierlichen Leitlinie eine diskontinuierliche Leitlinie, d. h. eine Folge von Stützpunkten, machen. Dieses Verfahren wird als Rasternavigation bezeichnet. Rasterpunkte werden üblicherweise durch in den Boden eingelassene Magnete oder Transponder gebildet, optische Raster (z. B. Farbkontrast durch „Schachbrettmuster“) sind ebenfalls möglich. Die Fahrzeuge sind mit geeigneter Sensorik zum Erkennen der Rasterpunkte ausgestattet (Magnetsensor, Transponder-Lesegerät, Farbsensor/Kamera) und „hangeln sich“ von einem Rasterpunkt zum nächsten.

Wenn – aus Kostengründen – der Abstand der Rasterpunkte groß sein soll, muss die Odometrie und insbesondere der Geradeauslauf des Fahrzeugs sehr gut kalibriert sein. Zur Unterstützung/Verbesserung wird häufig ein Drehratensensor (Gyroskop) zur Messung der Veränderung der Drehlage des Fahrzeugs eingesetzt.

Beim Überfahren eines Rasterpunkts muss der aktuelle Lagefehler ermittelt werden, eine Korrekturbewegung berechnet und deren korrekte Ausführung während der Fahrt zum nächsten Rasterpunkt überwacht werden. Dazu sind genaue Lenkwinkelmessung und –regelung sowie die softwaremäßige Abarbeitung mathematischer Algorithmen notwendig, d. h. es ist eine im Vergleich zu Fahrzeugen mit kontinuierlicher Leitlinie aufwändigere Steuerung erforderlich.

Bezogen auf die Lage (und Anzahl) der Rasterpunkte kann man zwischen dem quasi eindimensionalen Linienraster und einem zweidimensionalen Flächenraster unterscheiden, bei dem die Rasterpunkte in der gesamten Fahrebene angeordnet sind. Solch ein Flächenraster – häufig in Form eines (regelmäßigen) Gitternetzes – bietet im Vergleich zum Linienraster mehr potenzielle Fahrwege für die Fahrzeuge, d. h. zukünftige Änderungen der FTF-Fahrwege sind schneller durchführbar, da die Bodenarbeiten zum Verlegen der neuen/zusätzlichen Rasterpunkte entfallen.

Vorteile
Nachteile

Lasernavigation

Die bisher beschriebenen Verfahren benutzen zur Fahrzeugführung eine so genannte physische Leitlinie, d. h. entlang des gewünschten Fahrwegs werden physische Merkmale installiert (farbiger Strich, Metallstreifen, wechselstromdurchflossener Draht, Magnete etc.), die von geeigneter Sensorik am FTF detektiert und verfolgt werden können.

Wenn eine physische Leitlinie nicht eingesetzt werden kann oder soll gibt es alternativ die so genannte virtuelle Leitlinie, die in Form von Software im Fahrzeugrechner vorliegt. Dann muss allerdings ein nicht unerheblicher Hard- und Software-Aufwand getrieben werden, um ein Fahrzeug in die Lage zu versetzen, automatisch und mit ausreichender (Wiederhol-)Genauigkeit mit Hilfe dieser virtuellen Leitlinie die gewünschten Zielpunkte zu erreichen. Wie bei der Rasternavigation muss auch hier die Odometrie durch Detektion und Vermessung absoluter Referenzpunkte unterstützt werden. Diese Referenzpunkte haben aber keinen Bezug zum Fahrweg und beschreiben in keiner Weise eine Leitlinie.

Das bei Indoor-Anwendungen am häufigsten eingesetzte Gerät zum Detektieren und Vermessen von absoluten Referenzpunkten ist ein Laserscanner, man spricht daher auch von der sog. Lasernavigation (besser: Laser-Triangulation). Der Auswertung zugrunde liegt ein z. B. in der Seefahrt seit langem angewendetes Prinzip, bei dem man optische Peillinien auf mehrere, in ihrer Position bekannte Peilobjekte zum Schnitt bringt (Kreuzpeilung). Ziel bzw. Ergebnis in der Seefahrt ist die grafische Positionsbestimmung in der Seekarte. Im Fahrzeugrechner des FTF wird das grafische Verfahren ersetzt durch Algebra, d. h. Lösen eines Gleichungssystems mit drei Unbekannten. Die drei Unbekannten entsprechen den drei Bewegungsfreiheitsgraden des Fahrzeugs in der Fahrebene, d. h. X-Wert, Y-Wert und Gierwinkel der aktuellen Fahrzeugposition (s. a. Kap. Fahrwerk, Kinematik).

Das Messsystem besteht aus

sowie

Vorteile
Nachteile

Weitere Navigationsverfahren

Weitere Verfahren mit absoluter Referenzierung:

Zusammenfassung

Es stehen verschiedene technische Möglichkeiten zur Verfügung, die es erlauben, die aktuelle Position und Fahrtrichtung eines FTF zu bestimmen. Alle oben beschriebenen Verfahren existieren seit vielen Jahren und werden erfolgreich in der Praxis eingesetzt. Die Verfahren mit virtueller Leitlinie erlauben relativ mehr Flexibilität und erreichen dadurch in einem größeren Maße die weiter oben genannten Vorteile beim Einsatz von FTF, dies allerdings bei höherem Investitionsbedarf.

Technik der Fahrzeuge

Die wesentlichen Baugruppen eines Fahrerlosen Transportfahrzeugs zeigt das nebenstehende Bild. Sie werden in den folgenden Abschnitten im Detail beschrieben.

Fahrwerk

Fahrerlose Transportfahrzeuge unterscheiden sich auf Grund verschiedener Fahrwerkskonzepte hinsichtlich ihres Bewegungsverhaltens, was sich in unterschiedlichen Hüllkurven (Grenzlinien der von den FTF überstrichenen Fläche) und Radspuren ausdrückt. Das mögliche Bewegungsverhalten eines FTF wird durch die Anzahl der Freiheitsgrade des Fahrwerks bestimmt. Man unterscheidet linienbewegliche und flächenbewegliche Fahrzeuge. Jedes Fahrzeug hat grundsätzlich in seiner Fahrebene drei Bewegungsfreiheitsgrade:

Bei einem linienbeweglichen Fahrzeug sind diese nicht unabhängig voneinander einstellbar, da die Ausrichtung des Fahrzeugrahmens relativ zur Bahnkurve durch das Fahrwerk fest vorgegeben ist. Dies führt bei Kurvenfahrten zu einem erhöhten Flächenbedarf.

Bei einem flächenbeweglichen Fahrzeug kann dagegen die Orientierung des Fahrzeugrahmens unabhängig von der Fahrzeugposition eingestellt werden. Es sind sowohl während der Fahrt als auch aus dem Stand heraus alle Bewegungen (translatorische und rotatorische) des Fahrzeugrahmens möglich. Flächenbewegliche Fahrzeuge erfordern jedoch in der Regel einen erhöhten konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand. Da sie mehr Antriebe haben, ist zudem umfangreichere Steuerungshardware (Bordrechner, Sensorik, Aktorik, Leistungselektronik) und komplexere Steuerungssoftware erforderlich.

Einen Überblick über die wichtigsten Fahrwerksvarianten von linien- und flächenbeweglichen Transportfahrzeugen gibt die nebenstehende Grafik.

Es sind verschiedene Variationen der dargestellten Fahrwerke und Radanordnungen möglich. Zum Beispiel können die Fahr- oder Lenkantriebe einseitig auf einer Fahrzeugseite angeordnet werden und es kann die Zahl der Antriebe und Räder erhöht werden (z. B. zur Reduzierung der Flächenpressung bei großen Traglasten). Dies alles hat jedoch keinen Einfluss auf die Beweglichkeit und den erforderlichen Raumbedarf der Fahrzeuge.

Ein anschauliches Beispiel für eine solche Variation ist das kinematische Prinzip eines Pkw (mit ungelenkter Hinterachse), das – trotz der 4 Räder – hinsichtlich der Beweglichkeit einer Dreirad-Kinematik entspricht. Der unterschiedliche Platzbedarf (d. h. die unterschiedliche Hüllkurve) beim seitlichen rückwärts bzw. vorwärts Einparken ist dabei jedem Autofahrer bekannt.

Bei der Radaufhängung ist ein weiteres Detail zu berücksichtigen: Fahrwerke mit mehr als drei Rädern sind generell statisch unbestimmt! Es müssen konstruktive Maßnahmen an Radaufhängung und/oder am Fahrzeugrahmen getroffen werden, um durch Elastizitäten bzw. Verwindungsmöglichkeiten die Bodenauflage aller Räder zu gewährleisten.

Siehe auch: Fahrwerk, Kinematik

Lenkung

Bei der Lenkung wird zwischen folgenden Systemen unterschieden:

Antriebstechnik

Bei innerbetrieblich eingesetzten FTF werden als Fahr- und Lenkmotoren wegen ihrer guten Regelbarkeit in der Regel permanenterregte Gleichstrommotoren verwendet. Da eine Drehzahlregelung erhebliche Vorteile für die erzielbare Positioniergenauigkeit hat, wird i. d. R. Leistungselektronik zur Ansteuerung und Kontrolle der Fahrantriebe eingesetzt. Der Leistungsbereich liegt, je nach Eigengewicht und zu beförderndem Lastgewicht, gefordertem Beschleunigungsvermögen, erforderlicher Steigfähigkeit etc. zwischen 100 W und mehreren kW.

Seit einiger Zeit kommt vermehrt die wartungsfreie Drehstromtechnik zum Einsatz, da Motoren und Leistungselektronik jetzt auch für kleine Spannungen (24–96 V) zur Verfügung stehen.

Bei Outdoor-FTF finden sich neben elektromotorisch betriebenen Fahrzeugen – insbesondere beim Transport großer Lasten – auch Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor und einem sogenannten dieselhydraulischen oder dieselelektrischen Antrieb.

Räder

Bei Indoor-Fahrzeugen wird als Material für die Radbandage überwiegend Kunststoff eingesetzt (Polyester-Urethan-Kautschuk, z. B. Vulkollan®, oder Polyamid, z. B. Pevolon®). Bei Outdoor-FTF findet man entweder ebenfalls Kunststoff-Radbandagen oder Räder aus Vollgummi bzw. luftgefüllte Gummireifen. Luftgefüllte Reifen bieten einen höheren Federungskomfort als Reifen aus Vollmaterial, was z. B. bei schlechtem Zustand des Fahrwegs für stoßempfindliche Ladung vorteilhaft sein kann. Allerdings führen die Elastizitäten, die solche Reifen haben, zu Wankbewegungen des Fahrzeugs z. B. bei Kurvenfahrten, erschweren die Bahnregelung und führen wegen des sich lastabhängig verändernden Durchmessers zu schlechteren Ergebnissen bei der Koppelnavigation (s. o.) sowie bei der Feinpositionierung.

Energieversorgung

Es kann zunächst unterschieden werden zwischen Fahrzeugen, die einen Energiespeicher mitführen und solchen, denen die erforderliche Betriebsenergie ständig von außen zugeführt wird. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Art der Energie, die gespeichert oder zugeführt wird:

Spurführung

Folgende Spurführungstechniken zur Verfolgung einer physischen Leitlinie sind bei Fahrerlosen Transportfahrzeugen bekannt und werden in der Praxis eingesetzt:

Darüber hinaus wird die Spurführung mittels virtueller Leitlinie eingesetzt.

In Verbindung mit den möglichen Navigationsverfahren ergeben sich folgende Varianten und Genauigkeiten:

Genauigkeit: quer < 3 mm, längs < 10 mm
Genauigkeit Indoor: längs/quer 3 – 10 mm, Drehlage 0,1°
Genauigkeit Outdoor: längs/quer 5 – 20 mm, Drehlage 0,1° – 0,5°
Genauigkeit: längs/quer 3 – 10 mm, Drehlage 0,1°
Genauigkeit Outdoor: ca. 5–10 cm

Fahrzeugsteuerung

Die Fahrzeugsteuerung bestimmt maßgeblich die Flexibilität, aber auch die Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit des gesamten Fahrerlosen Transportsystems. Das nebenstehende Bild zeigt exemplarisch die Funktionsblöcke einer FTF-Steuerung und ihre Verbindungen untereinander.

Die Fahrzeugsteuerung benutzt diverse Sensoren und Aktoren für das Zurechtfinden in der Einsatzumgebung. Wesentlich für die Art und Komplexität der eingesetzten Steuerung ist u. a. das eingesetzte Spurführungs- und Navigationsverfahren. Als Steuerungshardware für FTF kommt eine Vielzahl unterschiedlicher Rechnerarchitekturen zum Einsatz. Jede dieser Lösungen bietet für spezifische Anwendungen entscheidende Vorteile (z. B. Einplatinenrechner für Low-Cost-Lösungen). Beispiele für Hardware-Plattformen sind:

Lastaufnahmemittel

Zur Erfüllung seiner eigentlichen Aufgabe, der automatischen Durchführung von Transporten, braucht das FTF eine Vorrichtung zur Aufnahme der Ladung, das sog. Lastaufnahmemittel (LAM). Grundsätzlich kann zwischen Fahrzeugen mit passivem, d. h. nicht angetriebenem, und aktivem, also angetriebenem LAM, unterschieden werden.

Um die Transportleistung zu erhöhen ist es möglich und üblich, ein FTF mit mehreren LAM auszustatten.

Sicherheitstechnik

Bei herkömmlichen Flurförderzeugen ist es Aufgabe des Fahrers, das Gerät sicher zu bedienen. Bei FTF muss die erforderliche Sicherheit durch automatisch wirkende technische Einrichtungen erzielt werden. Dabei dienen die fahrzeugseitigen Sicherheitseinrichtungen sowohl dem Schutz von Personen als auch dem Schutz von Sachwerten (das FTF selbst, die Ladung, Einrichtungen der Umgebung). Details zur Ausrüstungspflicht von FTF, zu sicherheitstechnischen Beschaffenheitsanforderungen, zur Funktionsweise der Sicherheitseinrichtungen usw. sind dabei in einschlägigen Vorschriften[4][5][6] enthalten.

Vorgeschriebene Sicherheitseinrichtungen sind:

Alle Sicherheitseinrichtungen zum Schutz von Personen müssen unabhängig vom Fahrzeugrechner (d. h. unabhängig von Software) direkt auf ein Not-Aus-Modul wirken, so dass das Fahrzeug unverzüglich und sicher zum Stillstand gebracht wird.

Weiter müssen Sicherheitsabstände zu festen Gebäudeeinrichtungen und zu anderen FTF eingehalten werden.

Bedienelemente

In bestimmten Betriebssituationen ist ein manuelles Bedienen des Fahrzeugs vorgesehen bzw. erforderlich. Dies geschieht üblicherweise mittels

Bei der Gestaltung eines Bedienterminals reicht die Spanne von wenigen Tasten und Anzeigelampen bis hin zu vollwertigen Bildschirmen mit PC-Tastatur oder Touchscreen. Weiter finden Zusatzgeräte für Diagnose, Wartung und Programmierung Verwendung.

FTS-Leitsteuerung

Die Steuerungskomponenten sind bei einem Fahrerlosen Transportsystem auf zwei Ebenen verteilt:

Definition[7] 
Eine FTS-Leitsteuerung besteht aus Hard- und Software. Kern ist ein Computerprogramm, das auf einem oder mehreren Rechnern abläuft. Sie dient der Koordination mehrerer Fahrerloser Transportfahrzeuge und/oder übernimmt die Integration des FTS in die innerbetrieblichen Abläufe.“
Funktionsblöcke 
Die nebenstehende Grafik zeigt die Funktionsblöcke einer FTS-Leitsteuerung. Abhängig von Komplexität und Umfang des Gesamtsystems können einzelne Funktionen entfallen oder von anderen Leitsystemen übernommen werden. Essentiell sind Transportauftragsabwicklung und Benutzer-Interface.
Die Hardwarestruktur von Leitsystemen ist u. a. abhängig von der Komplexität der Anlage und der Einbindung des FTS in die Infrastruktur des Anwenders. Sie kann vom einfachen Stand-alone PC bis zu einem Multi-Server-System mit einem entsprechenden Raid-Level sowie mehreren Bedien- und Visualisierungs-Clients reichen.
Bei einer 1-Fahrzeug-Anlage kann ggf. auf eine Leitsteuerung verzichtet werden.
Anlagenvisualisierung 
Die Anlagenvisualisierung (besser „Prozessabbildverwaltung“) dient zur Information des Anwenders (Leitstandspersonal, Servicepersonal etc.) über Fahr- und Transportauftaufträge, Fahrzeugzustände, Fahrzeugpositionen usw. Bei der Gestaltung eines Leitstand-Terminals reicht die Spanne von einfachen Textein-/ausgaben in Listen-/Tabellenform hin zu aufwändigen Grafikoberflächen mit maßstabsgetreuem Anlagenabbild und Bedienung im „Windows-Look-and-Feel“.
Fahrzeugdisposition 
In einer Mehrfahrzeuganlage mit komplexem Layout sowie einer großen Zahl von Quellen/Senken haben die Fahrzeugdisposition und die Verkehrsleitsteuerung entscheidenden Einfluss auf die System-/Transportleistung und damit letztlich auf die Anzahl Fahrzeuge, die zur Erfüllung der Transportaufgabe benötigt wird.
Die Fahrzeugdisposition ermittelt für die von der Transportauftragsverwaltung freigegebenen Transportaufträge das jeweils „günstigste“ Fahrzeug. Kriterien dafür sind
Verkehrsleitsteuerung 
Die Verkehrsleitsteuerung als Teil der Fahrauftragsabwicklung in Mehrfahrzeuganlagen sorgt für eine sichere Verkehrsregelung, insbesondere im Bereich von Kreuzungen und Einmündungen. Die Verkehrsleitsteuerung basiert i. d. R., in Anlehnung an die klassischen Verfahren im Bahnverkehr, auf einer Einteilung des Fahrkurses in Blockungsbereiche (sog. Blockstrecken). Blockstrecken können i. d. R. nur von einem einzigen Fahrzeug belegt werden. Nach Anforderung und Zuteilung einer Blockstrecke wird diese für alle anderen FTF gesperrt. In gewissen Bereichen, z. B. um Kreuzungen herum, ist es sinnvoll mit Voraus-Reservierungen zu arbeiten, um Deadlocks sicher zu vermeiden.

Datenübertragung

Das informationstechnische Zusammenwirken von stationärer Leitsteuerung, sonstigen stationären Einrichtungen und den Fahrerlosen Transportfahrzeugen erfolgt durch Datenübertragungssysteme. Kommunikation zwischen Fahrzeugen und stationären Einrichtungen ist erforderlich zur

Kommunikation zwischen Fahrzeugen, z. B. zur Verkehrsregelung, ist prinzipiell möglich, aber weitgehend unüblich.

Um die Vorteile der Fahrerlosen Transportsysteme zu nutzen, wird im Allgemeinen zwischen den ortsfesten Einrichtungen und den Fahrzeugen eine berührungslose Datenübertragungstechnik eingesetzt. Zur Kommunikation zwischen FTF und stationären Einrichtungen sind folgende Techniken möglich:

Periphere Einrichtungen

Die Einsatzumgebung des Fahrerlosen Transportsystems wird durch die Summe der sog. peripheren Einrichtungen gestaltet. Diese Einrichtungen haben einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Verfügbarkeit einer FTS-Anlage, auf Fehlerhäufigkeit, ggf. erhöhten Verschleiß der Fahrzeuge etc. So ist z. B. ein sehr wichtiger Einflussfaktor die Bodenbeschaffenheit, d. h. es gelten für einen FTS-gerechten Boden spezielle Anforderungen hinsichtlich

Weitere Komponenten der unmittelbaren Einsatzumgebung eines Fahrzeugs sind die für die Navigation und Spurführung erforderlichen Fahrkurselemente:

Weiter gehören zur Einsatzumgebung die ortsfesten Lastübergabestationen und Geräte zur Energieversorgung, aber auch Elemente entlang des Fahrwegs, wie z. B. Brandschutztore, Aufzüge und Hubbühnen sowie Regale.

Fahrkursprogrammierung

Ein wichtiger Teil der Applikationsmodellierung, die die Datenbasis für die Programmierung des Gesamtsystems schafft, ist die Fahrkursprogrammierung, d. h. die Modellierung des Layouts, in dem sich die Fahrzeuge bewegen. Sie beschreibt die Fahrwege mit Fahrtrichtungs- und Geschwindigkeitsangaben, Blockungsbereiche, Lastübergabestationen, Haltepunkte, Batterieladestationen, ggf. die Lage von Referenzmarken etc. Sie erfolgt i. d. R. grafisch, d. h. mit Unterstützung durch ein CAD-Tool und auf der Basis eines CAD-Layouts der Einsatzumgebung. Mit Hilfe einer Hüllkurvensimulation kann das Fahrkurs-Layout auf Kollisionsfreiheit überprüft werden. Da diese Art der Fahrkursprogrammierung abseits vom Fahrzeug, z. B. am PC im Büro erfolgt, spricht man von der sogenannten Offline-Programmierung.

Eine Alternative stellt das sog. Teach-In dar. Hier wird das Fahrzeug mit Hilfe der Handsteuerung auf dem gewünschten Fahrkurs bewegt und die abgefahrenen Bahnen werden von der Fahrzeugsoftware aufgezeichnet/abgespeichert. Im nächsten Schritt muss dann i. d. R. noch eine Glättung der so erzeugten Fahrkurse durch Software erfolgen, da bei der Fahrt mittels Handsteuerung z. B. keine exakten Geraden oder Kreisbogensegmente entstehen. Das Teach-In-Verfahren bietet bei kleinen, wenig komplexen Anlagen gewisse (Zeit-)Vorteile, benötigt aber sehr viel Erfahrung und Übung. Insbesondere wird aber – im Gegensatz zur Offline-Programmierung – ein Fahrzeug benötigt, das während dieser Zeit nicht für Transporte zur Verfügung steht.

Unternehmen

Hersteller Fahrerloser Transportsysteme sind u. a. die Firmen AST, Bleichert Förderanlagen, Daum+Partner Maschinenbau, DS-Automotion, Egemin, Eisenmann, E&K Automation, FOX, Frog, Gottwald, MAFI Transportsysteme, MLR, Nuyts, psb intralogistics, Rocla, ROFA, SmartAGV, SNOX und Swisslog.

Siehe auch

Literatur

VDI-Richtlinien

Alle nachfolgend genannten VDI-Richtlinien zum Themenkomplex Fahrerlose Transportsysteme sind durch Mitglieder des VDI-Arbeitskreises „B7 – Fahrerlose Transportsysteme“ erarbeitet worden und werden herausgegeben vom Beuth-Verlag in Berlin. Eine Aufstellung aller derzeit verfügbaren VDI-Richtlinien zum Thema FTS/FTF findet sich hier.

Einzelbelege

  1. siehe auch AGV im englischsprachigen Wikipedia
  2. VDI-Richtlinie 2510 „Fahrerlose Transportsysteme“; Beuth-Verlag, Berlin, S. 6f.
  3. Siehe Förderanlage
  4. DIN EN 1525 Sicherheit von Flurförderzeugen – Fahrerlose Flurförderzeuge und ihre Systeme, Beuth-Verlag, Berlin
  5. Richtlinien für fahrerlose Flurförderzeuge, Großhandels- und Lagerei-Berufsgenossenschaft, Mannheim
  6. Unfallverhütungsvorschrift Fluförderzeuge, Berufsgenossenschaftliche Vorschrift BGV D 27
  7. VDI-Richtlinie 4451, Blatt 7 Kompatibilität von Fahrerlosen Transportsystemen, Leitsteuerung für FTS; Beuth-Verlag, Berlin, S. 3