Ein Fahrerloses Transportfahrzeug (FTF, , AGV) 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 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: einem oder mehreren Fahrerlosen Transportfahrzeugen einer Leitsteuerung Einrichtungen zur Standortbestimmung und Lageerfassung Einrichtungen zur Datenübertragung Infrastruktur und peripheren Einrichtungen
Beide Definitionen sind entnommen aus VDI-Richtlinie 2510 Fahrerlose Transportsysteme.VDI-Richtlinie 2510 „Fahrerlose Transportsysteme“; Beuth-Verlag, Berlin, S. 6 f.
Seit einiger Zeit wird vermehrt der englische Begriff Mobile Robot für FTF, aber auch andere Arten von mobilen, automatisierten Geräten verwendet, das zugehörige technische Arbeitsgebiet ist die Mobilrobotik.
Ein Fahrerloses Transportfahrzeug unterliegt im Europäischen Wirtschaftsraum dem Anwendungsbereich der Maschinenrichtlinie. Es ist nicht mit dem Selbstfahrersystem zu verwechseln, einem um 1900 herum gebräuchlichen Begriff für das Automobil.
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: organisierter Material- und Informationsfluss führt unmittelbar zu produktivitätssteigernder Transparenz der innerbetrieblichen Abläufe jederzeit pünktliche und kalkulierbare Transportvorgänge Minimierung von Angstvorräten und Wartebeständen Verringerung der Personalbindung im Transport, dadurch Senkung der Personalkosten (insbesondere beim Mehrschichtbetrieb) Minimierung von Transportschäden und Fehllieferungen, dadurch Vermeidung von Folgekosten hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit
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.
Vorteile beim Einsatz von FTS Die unterschiedlichen Fördersysteme unterscheiden sich bezüglich ihrer technischen Eigenschaften und Fähigkeiten in vielfältiger Weise. 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: Integrationsfähigkeit in bestehende Strukturen Transport unterschiedlicher Güter Möglichkeit zu Layout-Änderungen Verlagerbarkeit des Fördersystems Anpassung an schwankende Transportleistungsanforderungen Änderung der Förderreihenfolge Anpassung an einen wachsenden Automatisierungsgrad
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: Verbesserung der Arbeitsumgebung: sichere und angenehmere Arbeitsbedingungen durch geordnete Abläufe, saubere und leise Transportvorgänge hohe Präzision bei automatischer Lastübergabe und -übernahme geringfügige Infrastrukturmaßnahmen leichte Realisierung von Kreuzungen und Verzweigungspunkten Transport außerhalb von Hallen möglich Mehrfachbenutzung der Förderebene möglich Einsatzmöglichkeit eines Ersatzfördermittels (z. B. Gabelstapler) Eignung sowohl für geringe als auch für große Raumhöhen hohe Transparenz des Fördergeschehens in der Regel kein zusätzlicher Verkehrsflächenbedarf Benutzung vorhandener Fahrwege Innen- und Außeneinsatz möglich vielfältige Zusatzfunktionen integrierbar
Einsatzgebiete für FTS mini|Video: Ein fahrerloses Transportsystem (Deichsel Hochhubwagen), Modell Jungheinrich ERC 215a, im ICE-Instandhaltungswerk Köln-Nippes der Deutschen Bahn Die Einsatzgebiete für Fahrerlose Transportsysteme sind so vielfältig wie die Transportaufgaben in der Industrie; es gibt für FTS prinzipiell keine Ausführungsbegrenzungen.
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über Kennzahlen und Eigenschaften bisher realisierter Systeme:
Eigenschaft typische Werte Anzahl FTF je System ein bis mehrere hundert Tragfähigkeit eines FTF wenige Kilogramm bis über 50 t Geschwindigkeit typischerweise ca. 1 m/s, andere Werte möglich; die Maximalgeschwindigkeit wird durch das Bremsvermögen begrenzt Streckenlänge 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“ Antrieb elektrisch, mit oder ohne Batterie; Verbrennungsmotor
Fahrerlose Transportsysteme können an die unterschiedlichsten Aufgaben angepasst werden. Die folgenden Bilder von Fahrzeugen zeigen die Vielfalt der möglichen Anwendungen:
Innerbetrieblicher Transport Kein beziehungsweise kein angetriebenes Lastaufnahmemittel (LAM)
Aktives LAM, Standard-Ladehilfsmittel
Mobile Montage-Plattformen
Sonderfahrzeuge
FTF im Krankenhaus mini|Ältere FTF-Modelle aus Edelstahl im Krankenhaus Pistoia, Italien Eine gewisse Sonderstellung nimmt der Einsatz von FTF in der Krankenhauslogistik ein, da es sich hier im engeren Sinne nicht um eine industrielle Einsatzumgebung handelt. Für diesen Anwendungsfall hat sich daher auch eine andere Bezeichnung, nämlich Automatischer Warentransport mit der Abkürzung AWT, etabliert, worunter in der automatisierten Krankenhaus-Logistik neben dem FTS auch andere Technologien wie Rohrpostanlagen, Power&Free-Anlagen oder Elektrohängebahnen (EHB) zusammengefasst werden.
Geschichte der FTS mini|hochkant|Geschichte der Fahrerlosen Transportsysteme 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 1980er 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 1960er 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: Positionsbestimmung („Wo bin ich?“) Kursbestimmung: abhängig von der aktuellen Position und dem Ziel, das erreicht werden soll: Bestimmung der Soll-Fahrtrichtung und Soll-Geschwindigkeit 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 der (des) Lenkwinkel(s) des Fahrzeugs. Die zurückgelegte Strecke lässt sich ermitteln durch Zählen der Umdrehungen eines Rades, dessen Durchmesser beziehungsweise Umfang bekannt ist.
Bekannte Probleme und mögliche Fehlerquellen der Odometrie: Exaktheit der Fahrzeug-Ausrichtung an der Startposition Einstellung der Geradeaus-Richtung des Rades oder der Räder (Lenkwinkel-Messwert 0° führt nicht exakt zu Geradeausfahrt) Lenkwinkel-Nullpunkt „wandert“ (verändert sich durch mechanische Einflüsse) Raddurchmesser verändert sich, z. B. durch Abnutzung oder unterschiedliche Lasten Radschlupf: blockierendes Rad bei Not-Stopp, durchdrehendes Rad bei Nässe, Rutschen in zu schnell gefahrener Kurve
Fazit: Odometrie allein ist als Navigationsverfahren für Fahrerlose Transportfahrzeuge unter keinen Umständen ausreichend.
Spurführung mit kontinuierlicher Leitlinie mini|Komponenten optische Spurführung