Effizienter Materialfluss in der Intralogistik

Von Förderbändern zu Flurförderzeugen, von Hochregallagern zu Scara-Robotern und Cobots – die Anuga FoodTec 2024 hat einmal mehr gezeigt, wie Lebensmittelhersteller ihre innerbetrieblichen Bewegungen optimieren und neugestalten. Standen vor 20 Jahren noch überwiegend einfache, sich wiederholende Prozesse zur Lagerautomatisierung auf der Tagesordnung, sind heute integrierte und schlüsselfertige Gesamtlösungen gefragt. Parallel dazu setzt sich in der Intralogistik der Trend zu autonom agierenden Fahrzeugen fort. Das liegt zum einen daran, dass sie viele Transportaufgaben zwischen Wareneingang, Produktion und Lager übernehmen können: Mehr als jeder zweite professionelle Service-Roboter weltweit wird mittlerweile für derartige Arbeiten eingesetzt. Mit gut 86.000 verkauften Einheiten stieg der Absatz im Jahr 2022 in diesem Segment um 44 Prozent – so die Zahlen der International Federation of Robotics (IFR).

Zum anderen sind fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) zu einem essenziellen Bestandteil in der flexiblen Intralogistik geworden – denn der Fach- und Arbeitskräftebedarf im innerbetrieblichen Materialfluss macht sich immer stärker bemerkbar. „Der Mangel an Fahrern und Lagerarbeitern ist ein kritischer Faktor im weltweiten Lieferkettenmanagement“, sagt Marina Bill, Präsidentin der International Federation of Robotics (IFR). Eine neue Generation von KI-gestützten Transportsystemen soll dabei helfen, diese Herausforderungen zu bewältigen. „Roboterhersteller kombinieren ihre Hardware mit intelligenter Software und bedienen damit die spezifischen Automationsbedürfnisse der Lager- und Logistikbranche. Mit Künstlicher Intelligenz ausgestattete autonome mobile Roboter, eröffnen diesem Sektor eine enorme Vielzahl neuer Möglichkeiten“, so Bill.

Der KI-Einsatz zielt hauptsächlich darauf ab, mit Variabilität und unvorhersehbaren Situationen umzugehen. Um die Maschinen zu befähigen, flexible und autonome Arbeitsabläufe im Lebensmittellager zu unterstützen. Statt auf Programmierung setzt die Software auf einen erfahrungsbasierten Lernprozess – und auf lasergestützte Navigationssysteme. Zusätzliche Infrastruktur, wie Leitschienen oder Lichtreflektoren, sind bei autonomen mobile Robotern (AMR) nicht nötig. Die Fahrzeuge tasten ihre Umgebung in alle Richtungen durch Lasersensoren ab. Als Standard für die freie Bahnplanung hat sich unter anderen die am Fraunhofer IPA weiterentwickelte SLAM-Navigation (Simultaneous Localisation and Mapping) etabliert. Dabei tastet ein LiDAR-basierter Scanner mehrmals in der Sekunde einen Ebenenbereich ab. Die Entfernungsdaten der so gewonnenen Orientierungspunkte werden mit einer im System hinterlegten Umgebungskarte abgeglichen und ermöglichen es dem AMR, seine Position in Echtzeit zu bestimmen und anzupassen.

Eine weitere Methode ist die Visual-SLAM-Technologie. Sie arbeitet anstelle eines LiDAR-Scanners mit mehreren Kameras, die dem Roboter eine stereoskopische Wahrnehmung ermöglichen. „Im Gegensatz zum zweidimensionalen SLAM-Verfahren werden nicht nur Punkte auf einer Ebene erfasst, sondern eine 3D-Punktwolke erzeugt. Dies erschließt einen bislang unerreichten Genauigkeitsbereich von unter einem Zentimeter“, erläutert Stefan Zernickel, Engineering & R&D Director AMR bei ABB Robotics. Dies ermöglicht den Fahrzeugen, intelligente Entscheidungen zu treffen und in dynamischen Umgebungen, in denen sich Menschen aufhalten, zwischen festen und beweglichen Objekten zu unterscheiden. Ausgestattet mit Bildverarbeitungstechnologie und KI, scannt jede mobile Einheit einen bestimmten Teil des Gebäudes. Die Blickfelder aller Roboter werden zu einer vollständigen Karte zusammengefügt, sodass die AMR auch in sich schnell verändernden Umgebungen arbeiten können. Die Karten werden laufend aktualisiert und in der gesamten Flotte geteilt, was die sofortige Skalierbarkeit ohne Unterbrechung des Betriebs ermöglicht.

Es ist diese uneingeschränkte Mobilität, die Lebensmittel- und Getränkeproduzenten völlig neue Anwendungsbereiche eröffnet. Nahezu jeder Typ von Flurförderzeug, der im manuellen Betrieb bekannt ist, lässt sich in einem fahrerlosen Transportsystem (FTS) nutzen. Hierzu zählen autonome Schlepper, Hochhubwagen, Gegengewichtshochhubwagen, Schubmaststapler und Schmalgangstapler. Mit sechs fahrerlosen Transportfahrzeugen der modularen Serie "Vario Move" realisierte ek robotics vor kurzem eine entsprechende Intralogistiklösung für eine familiengeführte Großbrauerei. Der neue Automatisierungsprozess revolutioniert den bisher manuell durchgeführten Staplertransport von unsortiertem und sortiertem Leergut. Die Transportlösung umfasst sechs leistungsstarke Transportroboter der modularen Baureihe Vario Move. Ausgestattet mit einer besonderen Kombination aus zwei Lastaufnahmemitteln übernehmen sie im 24-Stunden-Betrieb die Transporte zwischen zahlreichen Fördertechniken, Roboterzellen und weiteren Übergabestationen. Zusätzlich bedienen die FTF zwei Blocklager, in denen sie Palettenstapel ein- und auslagern, sowie dort bereitgestelltes Neuglas zu den Übergabestationen der Fördertechniken bringen.

„Die Besonderheit der Fahrzeuge ist das Zusammenspiel der Geräteklammer und dem höhenverstellbarem Gabelpaar, die eine separate Verteilung von Leergut und Paletten ermöglichen“, sagt Guido Wendel, zuständiger Vertriebsingenieur bei ek robotics. Bevor ein Transportroboter eine der neun Übergabestationen der Roboterzelle erreicht, wird das Leergut mit der Klammer fixiert, die darunterliegende Palette mit der Gabel abgesenkt und so von den Leergutkästen separiert. Im nächsten Schritt wird das Leergut ohne die Palette auf die Fördertechnik abgesetzt, die leere Palette im Anschluss an einer anderen Station übergeben. Nachdem die Leergutanlage die Produkte sortiert hat, holen die fahrerlosen Transportfahrzeuge das Leergut wieder ab, stellen die Kästen erneut auf einer leeren Palette ab und schließen den Kreislauf, in dem sie ihre Last an die Befüllungsanlage abgeben.

Das Beispiel verdeutlicht, dass die Grenzen zwischen fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und AMR immer mehr verschwimmen. „In den vergangenen Jahren hat sich die Technologie im Bereich Fahrerlose Transportsysteme kontinuierlich in Richtung Autonomous Mobile Robots weiterentwickelt“, bestätigt auch Jan Drömer, CIO der ek robotics GmbH aus Hamburg. Hintergrund der Aussage: Klassischerweise handelt es sich bei einem FTS um ein Gesamtsystem, bestehend aus Leitsteuerung, Datenkommunikation, Ladestationen und gegebenenfalls weitere Einrichtungen zur Standortbestimmung. Die dazu gehörenden fahrerlosen Transportfahrzeuge sind in der Regel spurgebunden – das heißt, Unternehmen müssen sich vor der Integration genau überlegen, wie der optimale Routenverlauf im Lager aussehen soll. Ist das Streckennetz einmal geplant, gehen Änderungen mit Anpassungs- und erneutem Optimierungsaufwand einher.

AMR übernehmen ebenso wie FTF körperlich belastende Transportaufgaben, und können sich durch ihre umfangreiche Sicherheitstechnik Fahrwege mit Mitarbeitern und herkömmlichen Flurförderfahrzeugen teilen. „In diesem Fall stoppen die Fahrzeuge eigensicher und warnen zudem akustisch und optisch. Erst wenn der Weg wieder frei ist, setzen sie den Transport fort“, erläutert Felix Tschorn, Projektleiter AGV Solutions bei KUKA. Exemplarisch für diesen Typ steht die KMP 600-S diffDrive von KUKA. Mit bis zu zwei Metern pro Sekunde ist die mobile Plattform nicht nur schnell, sondern erfüllt dank Laserscannern und 3D-Objekterkennung auch höchste Sicherheitsanforderungen. Trotz einer Traglast von 600 Kilogramm ermöglicht sie maximale Bewegungsfreiheit für Mitarbeitende, da sie ohne Schutzzäune auskommt. Während FTF speziell für den Materialtransport in der Industrie entwickelt wurden, lassen sich AMR auch in anderen Bereichen einsetzen. So können die mobilen Plattformen nach der Installation eines Cobots beispielsweise Pick-and-Place-Anwendungen oder Palettieraufgaben übernehmen. Ob für Schmalganglager, Verschieberegalsysteme oder Montagelinien: „Fahrerlose Transportsysteme sind eine Schlüsseltechnologie und ein maßgeblicher Effizienztreiber innovativer Prozesse. Und sie ermöglichen, dass verfügbare Fachkräfte effizienter eingesetzt werden können“, betont Ronald Kretschmer, Chief Sales Officer bei ek robotics. Der Experte ist sich sicher: Der allgemeine Automatisierungstrend in der Intralogistik wird sich weiter beschleunigen.