Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Mit Simulationen für Transportrobotik alle Herausforderungen meistern: Ausgabe 07-08/2018, 21.08.2018

Effiziente Prozesse für den optimalen Materialfluss

Von Automobil über Nahrungs- und Genussmittel bis hin zu Pharma oder Verpackung – in unterschiedlichsten Branchen werden Prozesse wie Warentransport, Lasthandling, Kommissionierung und Montage mehr und mehr automatisiert. Innovative Transportrobotik sorgt dafür, die richtigen ­Produkte zur richtigen Zeit an den richtigen Ort zu transportieren.

Moderne Fahrerlose Transportsysteme (FTS) übernehmen schnell und sicher diese Aufgaben. Doch wie lässt sich ein solches Transportkonzept optimal aufbauen? Zahlreiche Faktoren, z.B. Verkehrsführung, Anzahl der Fahrzeuge, Taktzahlen der Anlagen und vieles mehr, müssen zusammengeführt und perfekt abgestimmt werden, damit am Ende ein effizientes System entsteht, welches die gewünschte Leistung hervorbringt. Hier macht sich die Unterstützung durch Experten bezahlt.

FTS-Anbieter mit Dienstleistung Simulation    
Die E&K Automation GmbH, mit Hauptsitz in Rosengarten in Niedersachsen und ca. 180 Mitarbeitern weltweit, hat sich mit hochmoderner Transportrobotik auf automatisierte Materialfluss- und Lagersysteme spezialisiert. Das Unternehmen, das zu den führenden Anbietern in Europa zählt, entwickelt intelligente und effiziente Lösungen für unterschiedlichste Transportaufgaben. Immer mehr Kunden setzen auf die langjährige Erfahrung der Spezialisten von EK Automation und lassen sich mithilfe von Simulationen – ebenfalls ein Spezialgebiet des Unternehmens – ein individuelles Konzept ausarbeiten. 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 E&K Automation GmbH: «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 von EK Automation 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) von EK Automation, mit den Daten zu den im Unternehmen ablaufenden Prozessen sowie den zu leistenden Transportaufgaben ergänzt. Weitere wichtige Informationen sind z. B. 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, mit denen wir arbeiten, desto verlässlicher ist das Endergebnis», unterstreicht Florian Johannsen.

Vermessung mit Laserscanner für exaktes Datenmaterial
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 hochmodernen 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, z. B. Längenangaben, Masse von Wänden, Durchgängen, Fenstern oder Türen und noch viel mehr, stehen dann jederzeit «auf Knopfdruck» für die Erstellung von Simulationen und die spätere Umsetzung der Transportrobotik-Konzepte zur Verfügung.
Mithilfe der verschiedenen Daten arbeiten die Spezialisten von EK Automation 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 z.B. 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. 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 z.B. 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 unter anderem aufgedeckt werden, an welcher Stelle genau der Engpass im System gesucht werden muss. «In vielen Fällen wird erst durch den Blick auf den Gesamtprozess der Faktor entlarvt, der den Durchsatz tatsächlich limitiert», beschreibt Florian Johannsen.

Planungsrisiken frühzeitig erkennen
Die besondere 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 auch Laien komplizierte Zusammenhänge leicht erfassen, was die Zusammenarbeit zwischen den Spezialisten und ihren Kunden vereinfacht. «In enger Zusammenarbeit mit unseren Auftraggebern analysieren wir auf diese Weise Engpässe und können u.a. Losgrössen und Auftragsreihenfolgen optimieren. Ausserdem lassen sich, z. B. bei Erweiterungsvorhaben, die Grenzen eines Systems identifizieren. Anwender erfahren, ob sich ein gewünschtes System mit geringen oder etwa 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. Er 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.»
Seit 2014 hat das Team für Simulation bei EK Automation bereits mehr als 60 Projekte realisiert, die je nach Komplexität innerhalb von einer bis zehn Wochen realisiert wurden. Das einmal bestehende Simulationsmodell lässt sich für den Auftraggeber durchaus vielfältig weiterverwenden, z.B. für die Optimierung der Rüstreihenfolge von Anlagen. Der grösste globale Milchproduktehersteller Arla Foods UK investierte sogar in eine eigene Lizenz für die Software. Er liess sich die Simulation von den Spezialisten aus Rosengarten für sein Werk in England so aufbereiten, dass nun die eigenen Mitarbeiter vor Ort – geschult durch das Simulations-Team von EK Automation – ausprobieren können, wie das Transportsystem reagiert, wenn sich bestimmte Daten im detailliert abgestimmten Materialflussprozess verändern.
Florian Johannsen freut sich über die Vielseitigkeit der Aufgabenstellung: «Ich kann gar nicht sagen, was spannender ist: Mit vorhandenen Gegebenheiten zu arbeiten oder aber ‹auf der grünen Wiese› mit wenigen Vorgaben ganz neu zu planen. Es macht immer wieder Spass, unser umfangreiches Know-how für komplexe Aufgabenstellungen in Transportrobotik-Fragen einzusetzen – und mithilfe der Simulation am Ende zur effizientesten Transportlösung für unsere Kunden zu gelangen.»

E&K Automation GmbH
DE-21224 Rosengarten/Nenndorf
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info@ek-automation.com
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Mithilfe von Simulationen optimal geplant: Transportrobotik-Konzepte für automatisierte Materialfluss- und Lagersysteme.
(Bilder: EK Automation)


Besondere Stärke der Simulationen: Visualisierung von Abläufen im Zeitraffer und aus der Vogelperspektive.


Ziel der Simulationen: Engpässe prognostizieren, Ressourcen planen, Reihenfolgen und Losgrössen optimieren.


Die Experten von EK Automation analy­sieren komplexe Logistik-­Prozesse zur Ermittlung der optimalen Transport­robotik-Lösung.


Die Punktewolke, angefertigt mittels 3D-Laservermessung, liefert exakte Daten für die Erstellung eines Simulationsmodells in den vorgegebenen Räumlichkeiten.