Die auch durch die Coronakrise zusätzlich befeuerte Stärkung des Onlinehandels intensiviert den Trend zur Automatisierung speziell in der Intralogistik und schafft Zukunftsansätze in einer Wachstumsbranche. Industrie 4.0 Technologien eröffnen nicht nur zusätzliche Möglichkeiten bei bestehenden Lösungen, sondern auch komplett neue Konzepte. Hier werden drei verschiedene Ansätze vorgestellt, bei denen moderne Sensoren mit ihren Kommunikationsfähigkeiten eine zentrale Rolle spielen.
Intralogistik ist Wachstumsbranche und bietet Zukunftsansätze
Auch in Krisenzeiten verschiedener Industrien behauptet sich die Intralogistik als klare Wachstumsbranche. Das effektive und schnelle Bevorraten und Verteilen von Gütern innerhalb von Unternehmen ist essentiell für jedes Geschäft. Im Folgenden werden 3 Ansätze aufgezeigt, wie digitale Industrie 4.0 Sensorik und leistungsfähige Übertragungs-Technologien aus der IT-Welt für die Intralogistik neue Möglichkeiten eröffnen und dabei helfen Verfügbarkeit sowie Durchsatz von Maschinen und Anlagen zu verbessern.
Klassische Lagerlogistik: Transparenz für höhere Verfügbarkeiten
Beginnen wir mit Hochregallagern und entsprechenden Bediengeräten. Bei dieser klassischen Lagerlogistik bewegen sich Fahrzeuge schienengeführt auf festgelegten Bahnen und in speziell gesicherten Bereichen, so dass auch schwere Lasten mit hohen Geschwindigkeiten transportiert werden können.
Es wird eine Vielzahl von meist optischen Sensoren eingesetzt um den sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten und den reibungslosen Ablauf von Ein- und Auslagerungsvorgängen sicherzustellen. Das fängt bei einer genauen Positionierung an: Absolut-Positioniersysteme oder optische Distanzsensoren liefern genaue Istwerte mit hohen Abtastraten, so dass mit einer schnellen Regelung Zielpositionen zeitoptimal angefahren werden können. Über eine zusätzliche Fachfeinpositionierung mit Vision-Sensoren können Veränderungen der Regalgeometrie beispielsweise durch Belastung oder Temperatur unterlagert ausgeglichen werden. Natürlich wird in automatischen Lager-Anlagen auch eine Vielzahl von Lichttastern und ähnlichen Sensoren eingesetzt um Fachbelegungen, Endlagen oder blockierte Fahrwege zu detektieren. Die Signale aller dieser Sensoren sind für die Sicherheit der Anlage relevant und unterliegen meist harten Echtzeit-Anforderungen. Direkte Anbindungen an die Steuerung beispielsweise über IO-Link und Feldbus-Protokolle wie ProfiNet oder Ethernet/IP sind daher erforderlich.
Neben den eigentlichen Sensor-Signalen stellen moderne Komponenten aber noch weitere Daten bereit: Informationen zu ihrer Identität und ihrem Zustand, so beispielsweise die Anzahl der Betriebsstunden oder die aktuelle Signalstärke. Solche Daten sind zwar für die Steuerung uninteressant, können aber auf anderen Ebenen genutzt werden um Fehlfunktionen oder Verschleiß frühzeitig zu erkennen. Anschalt-Baugruppen für Sensoren wie die IO-Link Master ICE2/3 von Pepperl+Fuchs können dafür eine Brücke schlagen zur IT-Welt, indem sie neben der echtzeitfähigen Kommunikation zur Steuerung einen parallelen Kanal eröffnen über Protokolle wie MQTT oder auch REST-APIs und so die für Industrie 4.0 geforderte vertikale Vernetzung Wirklichkeit werden lassen.
Über diesen „zweiten“ Kanal können die Daten von den Sensoren zu Cloud-Plattformen oder auch On-Premise-Lösungen übertragen werden. Dort stehen Rechenleistung und Speicherkapazität skaliert zur Verfügung und können von Anwendungen beispielsweise zum Condition Monitoring, vorausschauender Wartung oder auch zur Optimierung des Durchsatzes genutzt werden. So lassen sich erhebliche Verbesserungen von Effektivität und Verfügbarkeit der Anlagen erreichen.
Autonome Fahrzeuge: Sensoren für Orientierung und Sicherheit
Im zweiten Ansatz wollen wir uns von schienengeführten Bewegungen lösen und autonome Fahrzeuge ("Autonomous guided vehicle", AGV) betrachten, die sich frei im Raum - zusammen mit dem Lager-Personal - bewegen. Beim klassischen Kommissionierungs-Vorgang bewegt sich der Werker von einem Regal zum nächsten und stellt seine Kommissions-Aufträge zusammen. Völlig neue Philosophien können umgesetzt werden mit autonomen Flurförder-Fahrzeugen, die unter komplette Regale fahren und diese dann bewegen (sogenannte „Bots“). Das Regal „kommt“ somit zum Werker und nicht mehr umgekehrt.
In „smarten“ Logistik-Zentren bearbeiten ganze „Armeen“ von solchen Fahrzeugen große Lagerbereiche mit enormer Flexibilität. Die autonomen Fahrzeuge benötigen für einen stabilen und sicheren Betrieb eine ganze Reihe von Sensoren, vor allem zur Hindernis-Erkennung und zur Positionierung. Speziell für diese Aufgaben hat Pepperl+Fuchs besonders geeignete Komponenten entwickelt. Der Lidar-Scanner R2100 arbeitet ohne bewegte Teile wie rotierende Spiegel und ist dadurch prädestiniert für den Einsatz in sich schnell bewegenden Fahrzeugen. Zur Positionsbestimmung und Bahnführung hat sich das System PGV bewährt. Ein kamerabasierter Lesekopf detektiert entweder auf den Hallenboden aufgebrachte Spurbänder oder aus Data-Matrix Codes aufgebaute Positions-Markierungen. Die Steuerungen in den Fahrzeugen bestimmen damit die aktuelle Position und können die weitere Route autonom planen. Parallel dazu werden die Positionsdaten drahtlos an das übergeordnete Rechnersystem übertragen, welches für die Auftragsverwaltung zuständig ist.
Für solch eine „smarte“ Logistik wird zwar eine erheblich größere Anzahl an Fahrzeugen benötigt, dafür kann die Lager-Organisation flexibler gestaltet und die Leistung der Kommissionierer deutlich gesteigert werden.
Kanban komplett digitalisiert
Die Kanban-Methode ist in Produktionsbetrieben ein bewährtes Vorgehen zur Material-Bereitstellung. Kanban-Regale entkoppeln Entnahme und Anlieferung voneinander, auf einer Seite wird Material zugeführt und auf der anderen Seite entnommen, das Regal fungiert als kleiner dezentraler Pufferspeicher. Damit wird eine Flexibilität für schwankende Bedarfe erreicht, ohne dass große Lagerbestände vorgehalten werden müssen.
Klassischerweise wird ein Kanban-Regal mehr oder weniger manuell befüllt und entleert und dabei auch der Inhalt nur in zyklischen Abständen erfasst. Dadurch entstehen in der Informationskette zum ERP-System Lücken und es treten Fehler durch falsches Befüllen oder andere Ursachen auf. Eine Lösung dafür ist das Digital Kanban Management System von Neoception. Die Regale werden mit Sensorleisten, RFID-Schreib-/Lese-Köpfen und LED-Modulen ausgestattet. Mit den LED-Modulen wird dem Bediener signalisiert, welches Fach er befüllen soll („Put-to-Light“) um Fehlbedienungen vorzubeugen. Über an den Behältern angebrachte RFID-Tags werden diese vor dem Einschieben ins Regal identifiziert und das Einschieben selbst wird mit der speziell für diese Anwendung entwickelten Sensorleiste verfolgt. Die Leiste enthält eine Reihe von hintereinander angeordneten Lichttastern, deren Ausgangssignale beim Bewegen eines Behälters in einem Regalfach typische Muster abbilden. Diese Muster wertet der Regal-Controller aus, so dass alle Befüll- und Entnahmevorgänge elektronisch erfasst werden: Das Regal ist somit komplett digitalisiert. Dadurch entfallen auch die statischen Zuordnungen von Material zu Regalfächern und der damit verbundene Administrationsaufwand.
Die Software zur Auswertung der digitalen Regal-Signale ist offen und modular ausgelegt, so dass Anbindungen an verschiedenste ERP- oder MES-Systeme auch als Nachrüst-Lösung möglich sind. Der Befüll-Zustand der Regale ist somit – quasi in Echtzeit - in der Unternehmens-IT transparent abgebildet, Bestand und Bedarf können ortsunabhängig abgeglichen werden.
