SICK und MasterMover – Sicherer Einstieg in die Industrie 4.0

Elektroschlepper für die ganz schweren Lasten: Die fahrerlosen Transportsysteme von MasterMover werden in allen Arten von Produktions- und Logistikumgebungen eingesetzt. Bei der Entwicklung eines neuen fahrerlosen Transportfahrzeugs stand der Aspekt Sicherheit dabei im Vordergrund. Für ein integriertes und normgerechtes Sicherheitskonzept wählte MasterMover deshalb das Safe EFI-pro System von SICK. Es kombiniert die modulare Sicherheitssteuerung Flexi Soft mit einem EFI-pro-Gateway und sicheren Sensoren wie dem Sicherheits-Laserscanner microScan3 EFI-pro.

In einem englischen Witz erhält ein Pechvogel auf die Frage nach dem richtigen Weg die Antwort: „Wenn Sie von hier aus loslaufen, kommen Sie ganz bestimmt nicht zum Ziel“. Produktionsteams, die ihre Workflows nach Industrie-4.0-Standards automatisieren wollen, stehen oft vor ähnlichen Rätseln. Bei dem Versuch, konventionelle lineare Produktionsprozesse umzugestalten, erweisen sich vorhandene Installationen und Gebäude häufig als verblüffend schwer zu überwindende Hindernisse. Fahrerloser Transportfahrzeuge (FTF) und ihre zunehmende Verbreitung machen dennoch Hoffnung auf die Einführung flexiblerer Materialumschlagprozesse. Teure und wertschöpfungsschwache manuelle Arbeitsschritte lassen sich in vielen Fällen eben doch mit vertretbarem Aufwand ersetzen.

„Zurzeit reden alle über fahrerlose Transportsysteme“, berichtet Dan Evans, Forschungsleiter bei MasterMover. „Bei nahezu allen Kundenkontakten werden wir gefragt, wie wir unsere Angebote in diesem Bereich ausbauen.“ Das ist kein Zufall: MasterMover blickt auf 20 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung sicherer und effizienter Elektroschlepper zurück. MasterMover-Produkte werden in allen Arten von Produktions- und Logistikumgebungen eingesetzt und bieten kundenorientierte Lösungen, wenn es um die Entwicklung fahrerloser Transportsysteme geht.

Einstieg in die Technik fahrerloser Transportfahrzeuge mit integrierter Intelligenz

„Unsere Erfahrung in Entwicklung, Herstellung und Wartung tausender Maschinen, die schwere Lasten bewegen und steuern, ist für uns selbstverständlich geworden“, sagt Evans. „Wir haben über Jahrzehnte gelernt, bei Entwicklungsprozessen die Produktionsumgebungen und Workflows unserer Kunden zu verstehen und zu interpretieren. Deshalb gehen wir an entsprechende Aufgabenstellungen ganz anders heran als zum Beispiel ein Team von Softwareentwicklern, die ein Automated Guided Vehicle (AGV) aus einer völlig anderen Perspektive konstruieren würden.“ Auf Basis seiner Erfahrungen entschied sich MasterMover bei seinem ersten FTF-Entwicklungsprojekt für den Markt ab 2 Tonnen Last. Wie von den Kunden gewünscht, wurde ein fahrerloses Transportfahrzeug entwickelt, bei dem zwischen automatischem und manuellem Betrieb umgeschaltet werden kann.

„Alle von uns hergestellten Maschinen sind als manuell bediente Schlepper konzipiert“, erläutert Evans. „Unser erstes fahrerloses Transportfahrzeug behält dieses erfolgreiche Prinzip bei. Man könnte fast von einem optionalen Upgrade für eine Standardmaschine sprechen. Wenn unsere Kunden zum Beispiel die Route des fahrerlosen Transportfahrzeugs vorübergehend ändern wollen – vielleicht nur für ein paar Tage wegen Umbauarbeiten –, müssen sie keinen Servicetechniker von uns bestellen und auch nicht selbst die Programmierung des fahrerlosen Transportfahrzeugs erlernen. Sie können einfach eine menschliche Arbeitskraft einsetzen und den Schlepper ein paar Tage manuell steuern lassen. Sobald möglich, schalten sie einfach wieder auf den FTF-Modus um.“

Der fertig entwickelte und auf dem Markt verfügbare MasterMover (AGV) 300 Tow kann Lasten bis 3.000 kg transportieren. Er eignet sich ideal für das Schleppen von Bestückungswagen an Montagestraßen. Auch ohne teure feste Installationen lassen sich damit Lastentransporte automatisieren. Das MasterMover AGV-Modell ermöglicht Kunden einen einfachen Einstieg in die Technik fahrerloser Transportfahrzeuge mit integrierter Intelligenz. Bei Bedarf ist der Ausbau zu einer zentralisierten Flottenmanagementlösung für mehrere fahrerlose Transportfahrzeuge mit zentralem WiFi-Management möglich. MasterMover hat immer Wert daraufgelegt, Forschung und Entwicklung im eigenen Haus zu behalten. Ein dediziertes Team arbeitet am zentralen Fertigungsstandort des Unternehmens in Ashbourne, England. Viele Lösungen werden nach individuellen Kundenspezifikationen konstruiert und gebaut.

Höchste Priorität für Sicherheit

Bei der Entwicklung eines neuen fahrerlosen Transportfahrzeugs war der wichtigste Startpunkt für das Team die Sicherheit, betont Evans. Als Basis für ein integriertes und normgerechtes Sicherheitskonzept wählte MasterMover das Safe EFI-pro System von SICK. Das System kombiniert die modulare Sicherheitssteuerung Flexi Soft mit einem EFI-pro-Gateway und sicheren Sensoren wie dem Sicherheits-Laserscanner microScan3 EFI-pro (basierend auf EtherNet/IP™ CIP Safety™). Flexi Soft ist eine modulare Sicherheitssteuerung, die das Entwickeln von Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen und Komplexitätsgraden erlaubt. Das Flexi Soft EFI-pro Gateway verwendet ein sicheres Protokoll auf dem Ethernet/IP-Standardbussystems. Einsetzbar ist es in Anwendungen bis PLe (EN ISO 13849) / SIL3 (EN 62061).

„Der Name SICK begegnet uns in fast allen Industriezweigen, für die wir arbeiten“, berichtet Evans. „Deshalb wussten wir, dass unsere Kunden die eingebauten Sicherheitsbauteile vom Marktführer SICK wiedererkennen würden. Ein fahrerloses Transportfahrzeug muss zuallererst als sicherheitsgetriebenes Produkt gesehen werden. Wenn die Sicherheit nicht fehlerfrei umgesetzt ist, lassen sich auch die gewünschten Funktionen meist nicht realisieren.“ Mit der Sicherheitssteuerung Flexi Soft und der Konfigurationssoftware Safety Designer konnten Evans und sein Forschungs- und Entwicklungsteam ihr eigenes integriertes Sicherheitssystem zusammenstellen. Bei allen FTF-Standardmodellen von MasterMover werden zwei microScan3-Scanner eingesetzt, die über EFI-pro mit der Flexi Soft-Steuerung kommunizieren. In Verbindung mit den SICK DFS60 Sicherheits-Encodern und dem Flexi Soft Motion Control Modul FX3-MOC1 werden alle genannten Produkte in eine Anwendung integriert, die PLd erreicht (EN ISO 13849) / SIL2 (EN 62061).

Dr. Martin Kidman, Produktmanager Maschinensicherheit von SICK UK, erläutert: „Das vollständige fahrerlose Transportsystem von MasterMover erreicht mit Sicherheits-Laserscanner-Technik PLd/SIL2. Die microScan3-Scanner erlauben einen außergewöhnlich weiten Scanwinkel von 275° und eine sichere Feldreichweite von bis zu neun Metern. Die Feldsätze können für wechselnde Fahrzeugpfade konfiguriert werden, auf denen das FTF Kurvenfahrten und Richtungswechsel absolviert.“

EFI-pro ist das Sicherheitsnetzwerk von SICK für die Industrieautomation auf Basis des CIP-Safety™ Sicherheitsprotokolls. Das Flexi Soft Motion Control Modul FX3-MOC und das EFI-pro Gateway stellen die notwendigen Verbindungen her, um Sicherheitsgeräte von SICK in eine Systemlösung einzubinden. „Das zuverlässige Monitoring der beiden Antriebe des fahrerlosen Transportsystems erfolgt mit den beiden Sicherheits-Encodern von SICK, die an das Flexi Soft Motion Control Modul angeschlossen sind. Die erfassten Informationen werden genutzt, um die Feldgrößen der Sicherheits-Laserscanner über EFI-pro-Kommunikation dynamisch an Geschwindigkeit und Richtung anzupassen.“

„Die Sicherheitssteuerung Flexi Soft erlaubt die Anwendung komplexer Algorithmen und Logiken für die Konfiguration des vollständig autarken Betriebs des fahrerlosen Transportsystems. Wird vom Sicherheits-Laserscanner ein Hindernis innerhalb des Warnfelds erkannt, erhält die Fahrzeugsteuerung von der Sicherheitssteuerung die Anweisung zur Geschwindigkeitsreduktion. Beim Freiwerden des Felds wird auf dem gleichen Weg eine Erhöhung der Geschwindigkeit angewiesen. So wird ein effizienter und produktiver Betrieb sichergestellt.“

„Sobald das innere Schutzfeld verletzt wird, sorgt die Flexi Soft für einen Sofortstopp aller Antriebe. Erst nach Wiederherstellung einer sicheren Situation wird die Freigabe zum Starten erteilt. Das Motion Control Modul FX3-MOC kann auch ein sicheres Anhalten erkennen und überwachen, dadurch wird ein kompletter Not-Halt vermieden. Falls die Risikobeurteilung zulässig ist, kann ein automatischer Wiederanlauf aktiviert werden. So lässt sich vermeiden, dass fahrerlose Transportfahrzeuge womöglich mehrere Stunden darauf warten müssen, manuell wieder gestartet zu werden.“

Ganzheitliches Design

Durch den Einsatz der Sicherheitssteuerung Flexi Soft mit dem EFI-pro Gateway als Basis für eine sichere Kommunikation des Fahrzeugs konnte sich MasterMover den Aufwand für die Entwicklung mehrerer Einzelverbindungen zwischen Komponenten sparen. Pro Scanner wird nur eine einzelne Standard-Ethernet Leitung für die EFI-pro-Schnittstelle benötigt. Auf Basis der sicheren Kommunikation zwischen Encodern, Sicherheitssteuerung und Scannern war ein ganzheitliches Design möglich. Die Alternative wären viele separate Verbindungen, Feldschaltsignale und Sicherheitsrelais gewesen, für die dutzende Leitungen und sehr viel Platz nötig gewesen wären.

Navigation der fahrerlosen Transportsysteme

Evans ergänzt: „Wir bieten ein vollständiges Sortiment von Navigationsoptionen für fahrerlose Transportfahrzeuge an und versuchen unsere Kunden vom Einsatz sogenannter ‚natürlicher Navigation mit Laserscannern zu überzeugen. Sie bietet mehr Flexibilität, weil keine festen Installationen wie RFID-Transponder, Spurführung mittels aufgeklebten Klebebändern oder Barcodes erforderlich sind, die die Zuverlässigkeit beeinträchtigen können.“

„Die von uns eingesetzte FTF-Navigation kann eine sehr große Variabilität in der Umgebung tolerieren. Es ist zum Beispiel kein Problem, wenn rund um das fahrerlose Transportfahrzeug Personen laufen und Gabelstapler fahren. In Distributionszentren, in denen viele Paletten bewegt werden und immer wieder an neuen Positionen stehen, und wo auch diverse andere unvorhersehbarer Objekte in den Fahrweg geraten, können mit unserer Technologie alle Hindernisse dieser Art umfahren werden.“ MasterMover unterstützt für alle Kundenumgebungen die Durchführung vollständiger Risikobeurteilungen.

„Der Einsatz eines fahrerlosen Transportfahrzeugs zur Beschickung von Produktionslinien ist auch im Tandem mit MasterMover PS FTF möglich. Mit einer Nutzlast von bis zu 30.000 kg kann das PS FTF als Alternative zu einem Förderband in einer getakteten Produktionslinie eingesetzt werden. Der kombinierte Einsatz beider fahrerlosen Transportsysteme stellt eine vollständige Alternative zu konventionellen, fest installierten linearen Produktionsstraßen dar“, sagt Evans und ergänzt: „Im Vergleich zu einer Förderanlage sind die Kosten signifikant reduziert, und die Flexibilität der Produktion wird deutlich erhöht. Weil gleichzeitig Personal von Tätigkeiten ohne Wertschöpfung abgezogen werden kann, und weil von den einzelnen fahrerlosen Transportfahrzeugen höhere Lasten gezogen werden können, ist eine schnelle Amortisation zu erwarten. „Deshalb geht es für die meisten Abnehmer vor allem um die Frage, wie der Einstieg in die neue Technik gelingt. Unsere Kunden können mit uns gemeinsam zunächst nur einen einzelnen Schlüsselprozess umstellen. Weil für dieses System nur minimale Anlagenmodifikationen nötig sind, ist es sehr gut skalierbar.“

Ausblick: Sicherheit auch im Freien

Die Aussicht auf zertifizierte Sicherheit für fahrerlose Transportfahrzeuge im Freien ist ebenfalls Gegenstand wichtiger Entwicklungen von MasterMover und SICK. Zu den notwendigen Upgrades an dem grundsätzlich geeigneten fahrerlosen Transportfahrzeug gehört der Einbau der neuen Sicherheits-Laserscanner outdoorScan3 von SICK. Der outdoorScan3 ist ein Gerät der Klasse D nach IEC TS 62998, der neuen technischen Spezifikation für den Technikeinsatz im Freien.

„Für Maschinenbauer und Integratoren wie MasterMover ist Flexi Soft ein äußerst nützliches Ökosystem“, fasst Evans zusammen. „Der modulare Aufbau und die einfache Einrichtung des microScan3 haben zur Verkürzung unseres Entwicklungsprozesses beigetragen. Da die Scanner, die Steuerung und die Software von SICK stammten, mussten wir kein Sicherheitssystem aus Komponenten unterschiedlicher Hersteller zusammensetzen. Wir haben unser erstes FTF-Design perfektioniert und eine klare Roadmap für die entsprechende Ausstattung unseres kompletten Sortiments entworfen.“

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