Autonome Transportsysteme auf dem Werksgelände

Ausgangssituation

Der rasche Wandel der Informationstechnologie sowie steigende Rechenleistungen bieten neue Möglichkeiten zur Automatisierung. Die hochautomatisierte Fertigung heutzutage erfordert agile Materialflusssysteme. Innerhalb der Logistik, die zunehmend komplexere Strukturen und Prozesse sowie kürzere Reaktionszeiten aufweist, erlangen selbststeuernde, intelligente Systeme immer größere Bedeutung. Die Autonomisierung von Transporten auf dem Werksgelände, welche nicht nur automatisiert, sondern zugleich intelligent gesteuert werden, sind Gegenstand der gegenwärtigen und zukünftigen Forschung und Entwicklung. Dies liegt mitunter an steigendem Kostendruck, erhöhten Transportvolumina sowie dem Anspruch der Adaptivität von Materialflusssystemen. Die aktuell zum großen Teil manuell ausgeführten Arbeitsschritte beim Transport von Materialien auf dem Werksgelände zählen zu einem erheblichen Kostenfaktor in der Logistik. Um diesen zu reduzieren, die steigenden Transportmengen intelligent zu steuern sowie die Adaptivität der Systeme sicherzustellen, ist die Implementierung von autonomen Transportsystemen auf dem Werksgelände ein möglicher Lösungsansatz. Autonome Systeme versprechen tendenziell folgende Vorteile: sie sind standardisiert und effizienter im Vergleich zu manuellen Materialflusssystemen und besitzen die Fähigkeit adaptiv, flexibel und selbstlernend gegenüber automatisierten Systemen zu agieren.

Innerhalb der Werkshallen werden fahrerlose Transportsysteme (FTS) bereits vermehrt eingesetzt. Der innerbetriebliche Materialfluss beschränkt sich jedoch nicht nur auf die Transporte innerhalb der Hallen, sondern betrachtet auch die Transporte außerhalb der Halle auf dem Werksgelände. Die Anforderungen an FTS im Außenbereich sind deutlich höher als im Indoor-Bereich. So stellt z.B. das Überqueren von Bahnübergängen oder das Adaptieren von Vorfahrtsregeln eine erhebliche Herausforderung dar. Zudem muss das FTS auch bei unterschiedlichen Witterungszuständen und Bodenbeschaffenheiten sicher fahren können sowie das Transportgut geschützt transportieren. Die Fähigkeit auf unvorhersehbare Ereignisse und Situationen robust und eigenständig reagieren zu können, ist die Kernfähigkeit eines autonomen Systems. Daher wird in dieser Arbeit der Begriff autonom deutlich von dem Begriff automatisiert abgegrenzt. Damit die technischen und wirtschaftlichen Potenziale autonomer Transportsysteme voll ausgeschöpft werden können, wird im Rahmen dieser Forschungsarbeit eine Methode für die Implementierung von autonomen Transportsystemen im Außenbereich entwickelt.

Zielsetzung

Das Ziel der Forschungsarbeit ist die Entwicklung einer Methode für die Flexibilisierung und Optimierung der Transporte auf dem Werksgelände durch die Integration autonomer Transportsysteme in bestehende Strukturen und Prozesse. Die Bestrebung hin zu autonomen Systemen, welche die Fähigkeiten besitzen selbstbestimmend und unabhängig ohne menschliches Eingreifen zu agieren, ist groß. Jedoch fehlt es an einer Methode, die für die Integration autonomer Transportsysteme angewandt werden kann. Darüber hinaus werden nach aktuellem Stand primär automatisierte Transportsysteme im Indoor-Bereich betrachtet und eingesetzt, nicht aber autonome Systeme im Außenbereich. Daher sollen in dieser Forschungsarbeit ausgehend von den derzeitig vorhandenen Transportprozessen auf dem Werksgelände Anforderungen definiert und daraus Referenzprozesse abgeleitet werden. Diese werden hinsichtlich Technik, Prozess und Steuerung bewertet und anschließend in eine standardisierte Methode für die Integration autonomer Transportsysteme im Außenbereich überführt. Die Referenzprozesse bilden die Soll-Prozesse und somit zusammenfassend mit den Anforderungen die Basis der Methode. Eine Validierung der Methode anhand eines realen Anwendungsfalls kann vermeintliche Stärken und Schwächen aufzeigen, die anschließend mit in die Methode einfließen. Es soll aufbauend auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft und Technik, in dem bereits autonome Transportsysteme im Indoor-Bereich sowie automatisierte Transportsysteme im Außenbereich betrachtet werden, angeknüpft werden.

Vorgehensweise

Die Bearbeitung des Forschungsprojekts gliedert sich in zehn Arbeitspakete. Zunächst wird der technologische Stand der Technik und Wissenschaft mittels Experten-Interviews analysiert. Anschließend folgt eine IST-Aufnahme der Transportprozesse auf dem Werksgelände. Mit Hilfe einer Schwachstellen- und Potenzialanalyse werden die IST-Prozesse bewertet sowie Anforderungen und benötigte Funktionen abgeleitet. Daraufhin werden die analysierten und gesammelten Informationen und Daten zu einem Anforderungsprofil zusammengefasst. Im darauffolgenden Schritt werden notwenige Technologiesysteme und deren Umgebung ausgewählt und bewertet. Ausgehend von dem Anforderungsprofil und den Technologiesystemen folgt die Ableitung der Referenzprozesse für die Automatisierung der Transporte. Dadurch gewonnene Rahmenbedingungen und Strukturen sind die Grundlage für die Erarbeitung der Methode für die Integration autonomer Transportsysteme auf dem Werksgelände. Eine demonstratorische Umsetzung der entwickelten Methode in die real ablaufenden Logistikprozesse der BMW Group schließt das Forschungsprojekt ab.

Projektpartner

  •  BMW Group

Förderung

Das Forschungsprojekt wird im Rahmen der Kooperation der BMW Group und der Technischen Universität München (BMW.TUM) durchgeführt.

Ansprechpartnerin

Dana Clauer, M.Sc.