Vorher ganz genau wissen, was effizient ist

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Anlagenplanung. Transportroboter, eine weiterentwickwelte Form fahrerloser Transportsysteme, dienen dazu, die richtigen Produkte zur richtigen Zeit an den richtigen Ort zu transportieren. Ein solches Transportkonzept lässt sich detailliert und zutreffend mithilfe einer qualifizierten Simulation auslegen.

20. Februar 2018
Mithilfe der Simulation optimal geplant: Transportrobotik-Konzepte für auto-matisierte Materialfluss- und Lagersysteme 2Besondere Stärke der Simulation: Visualisierung von Abläufen im Zeitraffer und aus der Vogelperspektive 33D-Modelle helfen, Ressourcen zu planen oder Engpässe zu finden 4Exakte Daten für die Erstellung eines Simulationsmodells in vorgegebenen Räumlichkeiten liefert eine Punktewolke, die über 3D-Laservermessung angefertigt wird. © E&K Automation
Bild 1: Vorher ganz genau wissen, was effizient ist (Mithilfe der Simulation optimal geplant: Transportrobotik-Konzepte für auto-matisierte Materialfluss- und Lagersysteme 2Besondere Stärke der Simulation: Visualisierung von Abläufen im Zeitraffer und aus der Vogelperspektive 33D-Modelle helfen, Ressourcen zu planen oder Engpässe zu finden 4Exakte Daten für die Erstellung eines Simulationsmodells in vorgegebenen Räumlichkeiten liefert eine Punktewolke, die über 3D-Laservermessung angefertigt wird. © E&K Automation )

Von der Automobilindustrie über die Nahrungs- und Genussmittelbranche, von Pharmaunternehmen bis zur Verpackungsindustrie – in unterschiedlichen Branchen werden Warentransport, Lasthandling, Kommissionierung und Montage automatisiert. Fahrerlose Transportsysteme (FTS) übernehmen schnell und sicher diese Aufgaben.

Doch wie lässt sich ein solches Transportkonzept optimal aufbauen? Zahlreiche Faktoren, wie Verkehrsführung, Anzahl der Fahrzeuge oder Taktzahlen, müssen zusammengeführt und perfekt abgestimmt werden. Denn nur so entsteht am Ende ein effizientes System, welches die gewünschte Leistung erbringt.

Die E&K Automation GmbH hat sich mit Transport-robotik auf automatisierte Materialfluss- und Lagersysteme spezialisiert. Das Unternehmen, das nach eigenen Angaben zu den führenden Anbietern in Europa zählt, entwickelt intelligente und effiziente Lösungen für unterschiedliche Transportaufgaben.

Dabei möchte selbstverständlich jeder Kunde ein System, das speziell auf ihn und seine Anforderungen zugeschnitten ist. Das erfordert viel Erfahrung – und ist trotzdem nur noch mithilfe einer Anlagensimulation zu bewältigen. Beides, Erfahrung und leistungsfähige Simulationstools, bringen die Experten von EK Automation mit. Sie erstellen ein individuelles Konzept.

Simulation hilft beim Planen

Dafür wird am Rechner in 2D oder 3D ein Modell der Räumlichkeiten erstellt, in dem die Prozessabläufe in unterschiedlichsten Varianten abgebildet und durchgespielt werden, um eine optimale Lösung auszuarbeiten und frühzeitig mögliche Probleme zu erkennen. So lässt sich das Transportkonzept exakt auf räumliche Gegebenheiten und maximale Produktivität zuschneiden – und schützt vor teuren »Überraschungen« durch Fehlplanungen.

Wie das Experten-Team Simulation bei diesen Projekten vorgeht, erläutert Florian Johannsen, Team Leader Consulting & Simulation bei der EK Automation: »Wir nutzen dazu Tecnomatix Plant Simulation aus dem Hause Siemens, eine besondere Simulationssoftware zur Erstellung derartiger Modelle.

Diese haben wir weiterentwickelt und uns einen speziellen Baukasten erstellt, mit dem sich nun die unterschiedlichsten Prozesse gut und schnell abbilden lassen.« Für eine 2D- oder 3D-Simulation benötigen die Experten möglichst genaue Layoutdaten, also Pläne der Räumlichkeiten, Standort und Maße von Anlagen, Regalen und mehr.Diese werden mit den Daten der gewünschten Fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF), mit den Daten zu den im Unternehmen ablaufenden Prozessen sowie den zu leistenden Transportaufgaben ergänzt.

Weitere wichtige Informationen sind etwa Transportströme und deren über den Tag verteilte Schwankungen. Auch Puffergrößen und Maschinenverhalten in angeschlossenen Bereichen werden mit einbezogen. Auf Basis dieser Informationen wird dann ein 2D- oder 3D-Modell aufgebaut. »In unseren Planungen mithilfe der Layoutdaten kommt es auf Zentimeter an, Abweichungen sind oft problematisch.

Je genauer die Daten sind, desto verlässlicher ist das Endergebnis«, unterstreicht Florian Johannsen.

Weil es vorkommt, dass die vorhandenen Unterlagen nicht verwendbar sind – wenn beispielsweise von einer alten Produktionshalle nur ungenaue Architektenpläne vorliegen – bietet EK Automation inzwischen auch an, das millimetergenaue Ausmessen zu übernehmen. »Dafür haben wir extra einen Laserscanner erworben«, erzählt Florian Johannsen.

Mit der 3D-Laservermessung lässt sich die gesamte sichtbare Umgebung eines Raumes erfassen und in einem digitalen Modell dreidimensional abbilden. Aus zahlreichen Einzelscans entsteht die sogenannte Punktwolke eines Raumes, die das genaue Abbild der vermessenen Objekte darstellt.

Aus diesen Daten erstellen die Profis von EK Automation am Rechner das Gesamtmodell eines Raumes in 2D- oder 3D-Ansicht. Auf diese Weise können selbst große und komplexe Gebäude mit ihrem Innenleben höchst präzise dokumentiert werden.

Die berührungslose Vermessung von Formen und Entfernungen macht es möglich, auch schwer zugängliche Bereiche auf große Distanz zu erfassen. Die einmal gesammelten Daten, beispielsweise Längenangaben, Maße von Wänden, Durchgängen, Fenstern oder Türen, stehen dann jederzeit »auf Knopfdruck« für die Erstellung von Simulationen und die spätere Umsetzung der Transportrobotik-Konzepte zur Verfügung.

Flaschenhälse ausfindig machen

Mithilfe der verschiedenen Daten arbeiten die Fachleute dann ein Konzept für ein automatisches Transportsystem aus. Am Rechner lassen sich die gewünschten Prozessabläufe simulieren und unter Betrachtung einer Vielzahl von Aspekten variieren, wie Florian Johannsen beschreibt:

»Wir können die Abläufe mit einer unterschiedlichen Anzahl von Fahrzeugen, diversen Streckenführungen und verschiedenen Puffergrößen durchspielen. Die Simulationen zeigen dann, wie breit Gänge oder Kurven für die innerbetrieblichen Transportsysteme ausgelegt werden müssen und wie dicht der Verkehr bei der unterschiedlichen Anzahl von FTF sein wird. Auch Blockungssituationen bis hin zu sogenannten Deadlocks, also möglichen Konstellationen, in denen es zu einer nicht lösbaren Stausituation kommt und sich alle Transportfahrzeuge gegenseitig blockieren, werden auf diese Weise offengelegt.«

 In der Vielzahl der Möglichkeiten, die mithilfe des Modells durchgespielt werden, gibt es nach Auskunft des Experten neben vielen anderen zwei große Unbekannte, die nur mithilfe der Simulation bestimmt werden können: Die Leerfahrten der Transportfahrzeuge sowie die möglichen Blockungen. Diese gilt es, durch Simulation zu identifizieren und zu minimieren.

Analyse im Zeitraffer

Des Weiteren ist auch die Abbildung von natürlichen Schwankungen nur mithilfe der Simulation möglich. Dafür müssen häufig auch Zusammenhänge betrachtet werden, die weit über das eigentliche Transportsystem hinausgehen und den Gesamtprozess umfassen, also etwa die Taktzahl der Anlagen oder das Tempo sowie die Pufferkapazität von Förderbändern.

Bei der Planung eines neuen Systems lassen sich auf diese Weise unter anderem unterschiedliche Konzepte vergleichen und diverse Transportstrategien entwerfen. Aber auch für bestehende Systeme werden Simulationen eingesetzt.

Damit kann man aufdecken, an welcher Stelle genau der Engpass gesucht werden muss. »In vielen Fällen wird erst durch den Blick auf den Gesamtprozess der Faktor entlarvt, der den Durchsatz limitiert«, so Johannsen.

Eine Stärke der Simulation ist die Visualisierung der Abläufe im Zeitraffer und aus der Vogelperspektive: In der Betrachtung der Prozesse in 50- bis 100-facher Geschwindigkeit können komplizierte Zusammenhänge leicht erfasst werden, was die Zusammenarbeit zwischen den Spezialisten und ihren Kunden vereinfacht.

»In Zusammenarbeit mit Auftraggebern analysieren wir so Engpässe und können Losgrößen und Auftragsreihenfolgen optimieren. Außerdem lassen sich, beispielsweise bei Erweiterungsvorhaben, die Grenzen eines Systems identifizieren. Anwender erfahren, ob sich ein gewünschtes System mit geringen oder nur mit größeren Umbauarbeiten realisieren lässt. Man kann darüber hinaus verschiedene Transportstrategien ausprobieren.

Unsere Kunden nutzen das Verfahren außerdem, wenn sie sich vor Veränderungen an ihren Anlagen absichern wollen, dass die Transportabläufe hinterher noch wie gewünscht funktionieren«, erklärt der Experte. Florian Johannsen ergänzt: »Am besten ist es natürlich, wenn die Simulation frühzeitig erstellt wird.

Denn ein Konzept für ein solches Fahrerloses Transportsystem berührt die unterschiedlichsten Gewerke – vom Regalanbieter bis hin zum Maschinenhersteller. Wenn alles detailliert aufeinander abgestimmt wird, läuft der Materialfluss optimal ab. Insgesamt kann an vielen Stellen damit rechtzeitig korrigiert werden, bevor unnötige Kosten durch Fehlplanungen entstehen.«

Daten & Fakten

E&K Automation GmbH mit Hauptsitz in Rosengarten in Niedersachsen hat sich auf automatisierte Materialfluss- und Lagersysteme spezialisiert. Zuletzt erzielte das Unternehmen mit insgesamt 190 Mitarbeitern einen Jahresumsatz von 30 Mio. Euro.

30 Fahrerlose Transportsysteme und insgesamt 250 Fahrerlose Transportfahrzeuge des Unternehmens gehen jedes Jahr neu in Betrieb.

Erschienen in Ausgabe: 01/2018