Im Überblick: Warum fahrerlose Transportsysteme und mobile Roboter einen Boom erleben

Von FTS bis zum Transportroboter: Mobile Revolution erobert Logistik und Montage

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Ob fahrerlose Transportsysteme (FTS) oder autonome Mobilroboter: Flexible Transportlösungen sind mächtig im Kommen. Eine exklusive Branchenumfrage der Automationspraxis zeigt, wohin die Reise geht.

Autor: Armin Barnitzke

Den anhaltenden Boom bei mobilen Logistik- und Transportsystemen belegen die Zahlen des Weltroboterverbands IFR. Danach sind die Installationszahlen automatischer Transportsysteme 2017 um stolze 162 % gewachsen. Für 2018 rechnet die IFR mit einem Plus von nochmal 66 % auf dann 115.000 verkaufte Transportsysteme.

Die Anbieter bestätigen diesen Boom: „Die Nachfrage nach mobilen Transportsystemen in der Intralogistik steigt kontinuierlich an“, sagt Markus Külken, Director Business Development für Selfdriving Technology beim Logistikriesen SSI Schäfer. Noch euphorischer äußert sich Jan Drömer, Sprecher der Fachabteilung fahrerlose Transportsysteme im VDMA: „Das Interesse an den mobilen Systemen ist riesig.“ Und Franz Wittich, Geschäftsführer des kürzlich von Stäubli übernommen FTS-Spezialisten WFT, schwärmt: „Der Markt ist im Moment am Explodieren.“

Treiber der enormen Nachfrage seien insbesondere Logistikanwendungen in unterschiedlichsten Marktbereichen, so Wittich. „Denn die Fertigungsprozesse selbst sind in der Regel bereits auf Zehntel- oder Hundertstelsekunden ausgereizt. In der Logistik, Zuführung und Bestückung hingegen liegt noch sehr viel Einsparungspotenzial.“

VDMA-Experte Drömer, zugleich CIO beim FTS-Anbieter E&K Automation, nennt als Grund für die steigende Nachfrage nach fahrerlosen Transportsystemen zudem den Ruf nach mehr Flexibilität, insbesondere wenn Produktionsprozesse von einer hohen Variantenvielfalt geprägt sind. „Gerade in der Automobilindustrie ist die Kombination aus kleiner werdenden Losgrößen und gleichzeitig wachsender Variantenvielfalt eine große Herausforderung. Das funktioniert mit starren Prozessen und Produktionsstrecken nicht mehr.“

Alois Buchstab, Vice President Advanced Robotic Applications bei Kuka, bestätigt dies: „Der Trend geht in vielen Bereichen zur Individualisierung und hin zu kleineren Losgrößen. Diesen Herausforderungen sind die klassischen Produktionslinien nicht gewachsen, da sie zu unflexibel sind.“ Die Lösung seien eben fahrerlose Transportsysteme (FTS) und mobile Roboter.

SSI-Experte Külken nennt auch technologische Weiterentwicklungen als Grund für den mobilen Höhenflug: „Beispielsweise die permanente Verbesserung in der Sensortechnologie und die damit einhergehende Kostenreduktion für diese Anwendungen.“ Ergänzend ermöglichen verbesserte Computer und Algorithmen, mit der permanent wachsenden Sensorvielfalt umzugehen.

Autonome Navigation

Neben den klassischen fahrerlosen Transportsystemen drängt daher insbesondere eine neue Generation autonomer mobiler Roboter auf den Markt. Aber wo genau liegt hier der Unterschied? „Die Aufgabe eines mobilen Roboters ist der eines FTS sehr ähnlich: Transportiere Sachen von Punkt A nach Punkt B. Die Art und Weise, wie er vorgeht, ist jedoch völlig anders“, erklärt Buchstab. Anstatt eine Infrastruktur wie Drähte oder Wegmarken zu nutzen, könne ein mobiler Roboter komplett autonom navigieren.

„Autonome mobile Roboter passen sich daher dynamischen Produktionslayouts optimal an und bieten ein hohes Maß an Agilität“, bekräftigt Thomas Visti, CEO bei Mobile Industrial Robots. Dafür sorge nicht zuletzt die inzwischen sehr ausgereifte Sensortechnologie: „Dank dieser können sie selbstständig und auch in dynamischen Umgebungen sicher neben dem Menschen navigieren. Hindernissen weichen sie autonom aus.“

Taxis statt Zug

Bruno Adam, General Manager bei Omron Mobile Robots Europe, vergleicht die intelligenten Transportroboter gerne mit Taxis: „Sie können Hindernisse umfahren und unterschiedliche Ziele jederzeit eigenständig ansteuern.“ Dagegen seien spurgeführte FTS wie Züge: „Sie können nur vordefinierten Bahnen folgen.“ Allerdings müsse man in Projekten durchaus abwägen zwischen Flexibilität und Autonomie einerseits sowie Geschwindigkeit und Nutzlast andererseits. Adam: „So sind spurgeführte Flurförderzeuge nach wie vor dort im Einsatz, wo sehr schwere Lasten bewegt werden müssen, etwa beim Transport von 1,5 Tonnen schweren Karosserien in der Autoindustrie.“

Dr. Kai Pfeiffer, Experte für industrielle Serviceroboter am Fraunhofer IPA, stimmt zu: „Spurgeführte FTS haben auch heute noch absolut ihre Berechtigung. Mehr Autonomie durch eine freiere Navigation ist kein Selbstzweck, sondern sollte dann zum Einsatz kommen, wenn es die Anwendung erfordert.“ DS-Automotion-Geschäftsführer Wolfgang Hillinger spürt allerdings einen gewissen Wandel: „In der Vergangenheit war der Fokus bei FTS-Projekten sehr stark ausgerichtet auf Budget und Investitionen. Heutzutage wird bei Investitionen mit FTS ein längerer Zeitraum betrachtet, sodass das Thema einer flexiblen Navigation für zukünftige Änderungen in den Vordergrund rückt“, so Hillinger. Klar sei aber auch: „Grundsätzlich haben die spurgeführten Systeme aber noch immer ihre Berechtigung.“

Zudem können FTS heutzutage viel flexibler und genauer navigieren, ergänzt WFT-Geschäftsführer Wittich. „Die Präzision der neuen FTS-Generation ist nicht mehr mit den klassischen FTS zu vergleichen. Dank der Kombination aus verschiedenen Ortungssystemen und unserer patentierten Antriebstechnik können wir bei Bedarf bis auf den Millimeter genau navigieren und das bei Fahrzeugen mit einer Traglast bis zu 450 Tonnen.“

Vielfältige Anwendungsbereiche

Und dafür gebe es in fast allen Branchen interessante Anwendungen: „In der Automobilindustrie beispielsweise geht der Trend dahin, starre Produktionslinien durch hochflexible Fertigungssysteme zu substituieren. Hier können autonom fahrende FTS den Transport kompletter Karosserien übernehmen“, so Wittich. Weitere Kundenbeispiele hat WFT im Triebwerkstransport in der Luftfahrtindustrie oder im Kunststoffbereich beim Wechsel tonnenschwerer Spritzgießwerkzeuge.

Kuka und Omron sehen ebenfalls ein breites Einsatzfeld. „Egal ob klassische Intralogistik im Warehouse, bei der Werkzeugmaschinenverkettung, flexible Montagelinien in der Automobilindustrie oder Materialtransport in der Verpackungsindustrie“, zählt Kuka-Mann Buchstab auf. „Wir sehen außerdem Potenzial in der Zusammenarbeit von Mensch und kollaborativen Robotern in der E-Commerce-Logistik“, ergänzt Omrons Adam.

Für solche doch recht unterschiedlichen Einsatzszenarien lassen sich die mobilen Fahrzeuge in der Regel mittels Aufsatzmodulen flexibel umrüsten. „Beim Einsatz als Bindeglied zwischen Montagelinie und Lager erweisen sich vor allem Regalaufsätze als nützlich, während die Roboter mit Förderbandmodulen den Materialfluss zwischen fixierten Förderbändern und Fertigungszellen überbrücken können“, erläutert MIR-CEO Visti.

Roboter-Kombi als Königsweg

Apropos Aufsatz: Insbesondere die Kombination aus mobiler Plattform und darauf platziertem Handling-Roboter gilt in der Branche als das nächste große Ding. Zwar stehe diese Entwicklung noch am Anfang, so Visti, doch zeichne sich ein potenziell starker Trend ab. „Unsere Roboter lassen sich beispielsweise mit den Leichtbaurobotern von Universal Robots bestücken – das ist eine Win-win-Situation: Denn der MiR-Roboter verleiht dem Roboterarm die notwendige Mobilität, dieser wiederum bietet das handwerkliche Geschick, das es etwa für Pick-and-Place-Aufgaben braucht.“ Praktisch ist dabei natürlich, dass die dänischen Firmen Universal Robots und MIR zum gleichen US-Mutterhaus Teradyne gehören.

Kuka-Mann Buchstab bezeichnet diese Kombination aus fahrendem Mobilroboter und kollaborativem Handlingroboter sogar als „die 4. Revolution in der Robotik.“ Denn erst die Kombination aus einer intelligenten Plattform und einem Industrieroboter mache das Ganze für alle ja erst interessant: „Damit lassen sich Bring- und Holdienste, Be- und Entladen von Maschinen, Montagetätigkeiten an verschiedenen Plätzen, Messaufgaben an Prüfplätzen und so weiter wirtschaftlich automatisieren.“ Mit dem KMR iiwa (eine Kombination der mobilen Plattform KMP 200 mit dem Cobot LBR iiwa) biete man hier seit Mitte 2018 ein industrietaugliches Serienprodukt an.

Bei Stäubli verfolgt man diese Idee mit dem System Helmo, das eine fahrbare WFT-Plattform und einen Stäubli TX2-Roboter kombiniert. Beim Schwesterunternehmen Stäubli Electrical Connectors arbeitet der mobile Roboterassistent Helmo bereits in der Steckermontage. Einmal angelernt, kann Helmo nahezu alle manuellen Tätigkeiten an den Montagelinien übernehmen und navigiert dabei selbstständig durch die Fabrik.

Entsprechend arbeiten quasi alle Hersteller an einer Kombination aus (kollaborativem) Roboter und mobiler Plattform. „Als Teil der kollaborativen TM-Serie haben wir kürzlich ein mobilkompatibles Modell eingeführt, das nahtlos mit den autonomen mobilen Robotern unserer LD-Serie interagiert“, berichtet Omron-Experte Adam. „Damit können Anwender komplexere Aufgaben automatisieren.“

Allerdings schränkt SSI-Mann Külken ein, dass der Markt insbesondere bei kollaborativen Lösungen, wo Mensch und Maschine interagieren, noch recht am Anfang stehe: „Die sensorische Wahrnehmung fahrerloser Transportsysteme ist nach wie vor begrenzt. Daher ist die Entwicklung eines Regelwerks zur Schnittstelle zwischen Automation und Menschen unabdingbar.“

DS Automotion GmbH

www.ds-automotion.com; Logimat Halle 7, Stand D21

Kuka Deutschland GmbH

www.kuka.com

Mobile Industrial Robots ApS

www.mobile-industrial-robots.com/de;

Logimat Halle 7, Stand C71

Omron Electronics GmbH

https://industrial.omron.de

SSI Schäfer Fritz Schäfer GmbH

www.ssi-schaefer.com; Logimat Halle 1, Stand D21

Stäubli WFT GmbH

www.wft-gmbh.de; Logimat Halle 1 Galerie, Stand OG05

VDMA Fördertechnik und Intralogistik

https://foerd.vdma.org


Spurgeführt oder autonom?

Im Umfeld von automatischen Transportsystemen gibt es eine Menge Begriffe und Abkürzungen. Klassische spurgeführte Systeme werden in der Regel als fahrerlose Transportsysteme (FTS) oder einzeln als fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) bezeichnet. Auf Englisch heißt das Automated Guided Vehicles (AGV).

Neben diesen spurgeführten Systemen gibt es inzwischen eine neue Generation von autonom navigierenden Fahrzeugen, die als Autonomous Mobile Robot (AMR), Autonomous Intelligent Vehicles (AIV) oder Mobile Industrial Robot (MIR) bezeichnet werden. Eine einheitliche Bezeichnung gibt es aber noch nicht, vieles sind Marketingnamen der Hersteller.

Was ist der Unterschied? „Traditionelle FTS brauchen immer ein Minimum an Führung, auch wenn sie hinsichtlich ihrer Technologie immer ausgefeilter werden“, erklärt Thomas Visti, CEO bei Mobile Industrial Robots: „FTS sind also an vorgegebene Routen gebunden, während mobile Roboter selbständig navigieren und damit in ihrer Routenfindung vollkommen flexibel sind.“ Denn anstatt eine Infrastruktur (Drähte, Markierungen) zur Orientierung zu nutzen, erfasst ein Mobilroboter mit Sensoren (Lasersensoren, Kameras) seine Umgebung und berechnet auf Basis einer bei der Installation eingelernten Umgebungskarte dann die optimale Route. Dabei kann er auch Hindernissen oder Personen ausweichen.

Für DS-Automotion Geschäftsführer Wolfgang Hillinger wird das Thema autonom-navigierende Fahrzeuge allerdings „etwas überstrapaziert“. Der FTS-Pionier spricht lieber von „frei navigierenden Fahrzeugen“. Hillinger: „Unter einer 100%-igen Autonomie der Fahrzeuge verstehen wir etwas anderes.“ Autonomie werde nur in gewissen Bereichen eingesetzt, zum Beispiel einer Hindernisumfahrung, aber nicht flächenübergreifend im gesamten Layout. „Man muss sich nur vorstellen, wenn in einer Anlage mit 100 Fahrzeugen jedes autonom, also im Prinzip kreuz und quer, fährt. Eine Situation, die keiner wirklich haben will und die sich in der Regel auf den Durchsatz und die Leistung der Anlage negativ niederschlägt.“

Wolfgang Hillinger, Geschäftsführer bei DS Automotion GmbH
Bild: DS Automotion

DS Automotion: 35 Jahre Erfahrung

Mit 35 Jahren Erfahrung zählt DS Automotion zu den Pionieren der FTS-Branche und punktet mit industrietauglichen Fahrzeugen und Langlebigkeit der Anlagen ebenso wie mit der Leitsteuerung DS Navios, die unterschiedliche Fahrzeugtypen unter einem Leitsystem vereint. Die Kunden stammen vor allem aus den Branchen Automotive (Daimler, BMW, VW, Porsche, Seat, Audi, GM, MAN sowie Continental, Benteler, Bosch, Dräxlmaier, SMP, Faurecia) und Agriculture (John Deere, Fendt) sowie aus dem Bereich Hospital & Healthcare. Den Intralogistik-Bereich will DS durch die strategische Allianz mit der SSI-Schäfer-Gruppe zukünftig weiter ausbauen. An Innovationen bringt DS 2019 den komplett neu entwickelten fahrerlosen Hochhub-Stapler Amadeus und das Unterfahr-Fahrzeug OSCAR omni, das konturbasiert (SLAM) ohne eigens installierte Landmarken navigiert.

Alois Buchstab, Vice President Advanced Robotic Applications bei Kuka Deutschland GmbH
Bild: Kuka

Kuka: Mobility, Roboter und Software aus einer Hand

Kuka ist der einzige Player, bei dem das komplette mobile Robotersystem aus einer Hand stammt: Von den omnidirektional-angetriebenen (und damit frei beweglichen) Mobilplattformen und den (kollaborativen) Robotern über die Java-basierte Sunrise-Steuerung bis zur SLAM-basierten Navigationssoftware samt Flottenmanager-Software. Anwendungsbeispiele hat Kuka in der Automobilindustrie, bei Tier-1-Zulieferern sowie im Aerospace-, Werkzeugmaschinen- sowie Verpackungs- und Logistikbereich sowie in der Halbleiterindustrie. Kuka will das Portfolio im Bereich mobile Robotik weiter ausbauen: So soll etwa der KMR Cybertech Nano, der auf Werkzeugmaschinen-Anwendungen zielt, zum Serienprodukt entwickelt werden.

Thomas Visti, CEO bei Mobile Industrial Robots ApS
Bild: MIR

MIR: Der Pionier

MIR ist Pionier und Marktführer bei mobiler autonomer Robotik. Allein von 2016 auf 2017 konnte MIR den Umsatz auf zehn Millionen Euro verdreifachen. Schwerpunkte sieht man in erster Linie in der herstellenden Industrie, etwa Automobil- und Elektronikindustrie, aber auch in der Pharma- und Lebensmittelindustrie sowie der Kunststoff- oder Konsumgüterherstellung. So hat der Automobilzulieferer Nidec GPM den internen Materialfluss im Werk in Thüringen mit drei MIR mit Hook-Ziehsystem optimiert. Johnson Controls-Hitachi konnte die Intralogistik in seinem Werk bei Barcelona durch einen MIR200 verschlanken. Und im Seeländischen Universitätsklinikum im dänischen Koge versorgt ein mobiler Roboter die einzelnen Fachabteilungen mit Sterilgut.

Bruno Adam, General Manager, Omron Mobile Robots Europe
Bild: Omron

Omron: Komplette Lösungenfür die Fabrikautomation

Omron kann komplette Fabrikautomationslösungen liefern: von Sensoren und Visionsystemen über Controller und Roboter bis zu Dienstleistungen. Als Kundenbeispiel verweist Omron auf den Automobilhersteller Škoda Auto, der Omrons autonome mobile LD-Roboter im Werk Vrchlabí nutzt. 2019 will man die Kombination der kollaborativen TM-Roboter mit der mobilen LD-Plattform weiterentwickeln. Darüber will Omron gemeinsam mit Partnern den Kunden helfen, komplette Projekte zu managen. Ein weiteres Innovationsfeld für 2019 betrifft das mögliche Leasing mobiler Roboter als Beitrag zur finanziellen Risikominimierung der Kunden.

Markus Külken, Director Business Development für Selfdriving Technology,SSI Schäfer Fritz Schäfer GmbH
Bild: SSI

SSI: Voran mit DS

Die SSI-Schäfer-Gruppe realisiert komplexe Lager- und Logistiksysteme. Die Kompetenzen reichen dabei von automatischen Kleinteilelagern über Fördertechnik, Robotics und FTS bis zur Software. Zielbranchen sind Fashion, Healthcare & Cosmetics, Food & Beverage, Food Retail, Retail & Wholesale ebenso wie die klassische Industrie. Ein Beispiel für einen FTS-Auftrag von SSI Schäfer ist der Matratzen- und Polsterspezialist Sun Garden. Im Distributionszentrum am Produktionsstandort im polnischen Malanów sorgen künftig 30 FTS für barrierefreie Materialflüsse und eine ergonomische Kommissionierung mit optimierten Laufwegen für die Mitarbeiter. Um der steigenden FTS-Nachfrage zu begegnen, ist SSI Schäfer eine strategische Kooperation samt Beteiligung am Linzer FTS-Spezialisten DS Automation eingegangen.

Franz Wittich, Geschäftsführer bei Stäubli WFT GmbH
Bild: Stäubli

Stäubli WFT: Stark und präzise

Dank der patentierten Antriebstechnik sind die FTS von Stäubli WFT besonders präzise. Selbst die größten FTS mit einer Traglast von bis zu 450 t lassen sich mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern bewegen. Hinzu kommt die omnidirektionale Beweglichkeit der Antriebssysteme. Die Anwendungsbereiche liegen in Logistik, Windkraft, Luft- und Raumfahrt, Schwerlastindustrie sowie vermehrt in der Automobilindustrie. WFT bewegt komplette Straßenbahn-Züge, ganze Flugzeuge und Automobilkarossen ebenso wie Flugzeugturbinen oder Schiffsantriebssysteme sowie Papier- und Aluminiumcoils – mit Präzision im Millimeterbereich. Größter Entwicklungsschritt für 2019 ist der Zusammenschluss mit Stäubli.

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