Modernisierung Fahrerloser Transportfahrzeuge verbessert Logistikabläufe und Produktivität bei Volvo
Das Volvo-Werk in Olofström bildet das Herzstück der Automobilproduktion des Unternehmens. Hier werden Karosserieteile an verschiedenen Stationen geformt und zusammengeschweißt. Die Produktion richtet sich nach Anweisungen des Volvo-Montagewerks, was einen freien und flexiblen Materialfluss zwischen den Lagerbereichen und den Prozessstationen erforderlich macht. Am Standort sind die FTF für den Materialtransport vom Lager zu den Prozessstationen zuständig, der zentral von einem Hostcomputer mit Hilfe eines WLAN gesteuert wird.
Volvo zählt zu den frühen Anwendern und Profiteuren von FTF-Technologie. Als im Rahmen der Modernisierung der Logistikabläufe ein altes, drahtgesteuertes FTF-System, das Mitte der achtziger Jahre installiert worden war, ersetzt werden musste, wandte sich Volvo – in dem Bewusstsein, dass eine möglichst kurze Unterbrechung des Logistikflusses während der Erneuerung der FTF-Anlage von höchster Bedeutung ist – an die Experten von Swisslog. Der weltweite Anbieter von integrierten Logistiklösungen für Lagerhäuser, Verteilzentren und Krankenhäuser hatte bereits das Projekt zur Installation der ersten FTF-Anlage 20 Jahre zuvor betreut.
Obwohl die Notwendigkeit der Modernisierung auf der Hand lag, war die Abwicklung des Projekts keineswegs ein leichtes Unterfangen, wie Christer Nilsson, verantwortlicher Ingenieur für das Erneuerungsprogramm bei Volvo, erklärt: "Die alten FTF funktionierten zwar nach wie vor, doch begann sich ihr Alter bemerkbar zu machen, und ihre Leistungsfähigkeit (sowohl hinsichtlich der Endgeschwindigkeit als auch der Tragfähigkeit) setzte der geplanten Produktionssteigerung Grenzen. Auch das drahtgesteuerte Navigationssystem hat uns treue Dienste geleistet, doch es erschwerte den Umbau des Werks zur Anpassung an unsere sich ändernden Anforderungen, sodass wir in diesem Bereich die Flexibilität steigern mussten." Außerdem war abzusehen, dass sich die Wartung dieser alten Systeme bald zu einem Problem entwickeln würde.
"Nichtsdestotrotz sind die FTF absolut unverzichtbar für die Produktion bei Volvo, die rund um die Uhr in drei Schichten läuft", so Nilsson weiter. ""Wir konnten uns keinesfalls eine Unterbrechung der Logistikprozesse leisten, indem wir einfach alle 13 Fahrzeuge außer Betrieb nehmen und die Produktion stoppen, während die neuen Fahrzeuge in Betrieb genommen werden."
Peter Bülow, Projektmanager bei Swisslog, führt die Überlegungen weiter: "Da die minimale Unterbrechung der Produktion eine unumstößliche Forderung seitens Volvo darstellte, suchten wir nach einer Strategie, um die einzelnen FTF nacheinander zu ersetzen – eine zweifellos kompliziertere Strategie. Sie erforderte eine sorgfältige Planung und stellte hohe Ansprüche an die Fahrzeuge selbst. Die FTF mussten nicht nur um das von Volvo angestrebte Maß leistungsfähiger sein, sondern auch hoch flexibel und einfach zu programmieren, um die Einbindung in die Logistikkette zu vereinfachen und die Zeit und den Aufwand der Inbetriebnahme zu minimieren." Mit den hohen Anforderungen waren jedoch gleich zwei Vorteile verbunden: Zum einen war es möglich, Volvos Forderung nach einem unterbrechungsfreien Produktionsprozess zu erfüllen. Zum anderen konnten die Fahrzeuge über einen längeren Zeitraum angeschafft und bezahlt werden und mussten nicht als einmalige, extrem hohe Investitionsausgabe ausgewiesen werden.
Die Lösung bot sich in Form von FTF an, die von dem finnischen Swisslog-Partner Rocla Robotruck mit der NDC8-Steuerungsplattform von Danaher Motion ausgestattet werden. NDC8 basiert auf der neusten Technologie und Methodik und ist eine attraktive, zukunftssichere Lösung für jede beliebige neue oder modernisierte FTF-Installation in praktisch jeder Branche. Das System ist so ausgelegt, dass es sich nachträglich problemlos und mit minimaler Vorlaufzeit um neue Technologien und Funktionen erweitern lässt. Außerdem wurden von Beginn an strenge Qualitätsvorgaben und grundlegende Anforderungen wie ausfallsichere Kompaktlösungen und lange Systembetriebszeiten bei der Planung und Entwicklung berücksichtigt, um zu gewährleisten, dass die Anforderungen der Industrie erfüllt oder sogar übertroffen werden.
NDC8 unterstützt verschiedene Navigationstechnologien, drahtlose Kommunikation und ein dezentrales Controller-Netzwerk für maximale Flexibilität. Der Anwender hat mit NDC8 die freie Auswahl zwischen einer frei navigierenden Technik wie hochmoderner Laser- bzw. Magnetpunktnavigation oder liniengestützter Spurführung mit Induktionsdraht bzw. Magnetband. Die Navigationstechniken können auch nahtlos zu einem gemischten Navigationssystem kombiniert werden. Standards wie SoftPLC (mit seiner IEC 61131-3-konformen Programmiersprache) und CANopen-Kommunikation ermöglichen außerdem eine problemlose Integration von mit NDC8 ausgestatteten Fahrzeugen in das erweiterte Automationssystem eines Werks oder der Produkte und Lösungen von Drittanbietern in ein fertiges FTF.
Die Attraktivität des Steuerungssystems wird anhand der Tatsache deutlich, dass die Mehrzahl der 50 größten FTF-Anbieter in ihren Fahrzeugen Systeme von Danaher Motion einsetzen und Vertriebspartner weltweit bereits mehr als 12.000 FTF mit der Technologie des Unternehmens installiert haben. Jährlich werden über 1.000 Steuerungseinheiten von Danaher Motion ausgeliefert.
Das Steuerungssystem im Detail
Die NDC8-Plattform umfasst sieben Hauptelemente: FTF-Systemsteuerung, Fahrzeugsteuerung, Bedienerschnittstelle, Kommunikationseinrichtungen, Navigationstechnologie sowie Antriebe und Motoren für Lenk-, Antriebs- und Hebefunktionen der FTF. Das Herzstück der Plattform bildet die NT8000 FTF-Systemsteuerung, die den eigentlichen Transport im FTF-System abwickelt. Die Steuerung verwaltet Transportbefehle, weist Fahrzeuge zu und legt Routen für die verschiedenen Transportaufträge fest. Sie steuert außerdem den Verkehrsfluss im NDC8-System. Durch optimierte Fahrzeugzuweisung und Routenplanung für jeden Auftrag wird ein effizienter Transport erreicht. Mithilfe von Blockierbefehlen im Systemlayout verhindert die NT8000-Steuerung Kollisionen zwischen Fahrzeugen untereinander sowie zwischen Fahrzeugen und Objekten.
Die Transportbefehle werden durch digitale I/O-Schnittstellen oder über eine Bedienerschnittstelle generiert. Ebenso können sie von einem Hostsystem übermittelt werden, zum Beispiel von den Hosts im Enterprise Resource Planning-System (ERP-System) oder im Manufacturing Excecution System (MES) eines Werks. Das NT8000-System bietet einfach zu implementierende Einrichtungen für die Kommunikation zwischen solchen ERP- oder MES-Hosts, während das CWay 8-Terminal als Bedienerschnittstelle für die übergeordnete FTF-Anlage dient. Auf diese Weise ist die reibungslose Funktion des Systems gewährleistet. Über das CWay 8-Terminal können Position und Status der Fahrzeuge – etwa geladene oder schwache Batterien oder Nothalt – angezeigt werden. Der Status der an die NT8000-Steuerung angeschlossenen I/O-Einheiten ist in Form von Grafiken auf dem CWay 8 abrufbar, sodass der Bediener auf einen Blick feststellen kann, ob beispielsweise Türen geöffnet sind oder eine Last an der Station angelangt ist.
Außerdem können am CWay 8 die Befehlswarteschlange in verschiedener Form angezeigt, Befehlsparameter geändert und Befehle gestartet oder abgebrochen werden.
Das Schlüsselelement der einzelnen FTF-Fahrzeuge ist die VMC500-Fahrzeugsteuerung. Die Softwarefunktionen überwachen alle Bereiche von der Navigation des Fahrzeugs über die Kommunikation mit der FTF-Systemsteuerung bis hin zu Be- und Entladevorgängen. Die Fahrzeugsteuerung enthält eine Reihe von Merkmalen und Funktionen, die bei der Bedienung automatisierter Fahrzeuge eine wichtige Rolle spielen. Die Funktionen zur Fahrzeugnavigation und -führung sorgen dafür, dass das Fahrzeug seine Route beibehält. Die Steuerung bietet die notwendige Flexibilität, indem sie verschiedene Optionen zur Navigation anbietet, darunter Lasersteuerung, Magnetpunkt- und Induktionsdrahtführung sowie Kombinationen dieser Techniken.
Während des Betriebs steht die VMC500-Fahrzeugsteuerung in ständigem Kontakt mit der NT8000 FTF-Systemsteuerung, mit der es Arbeitsbefehle und Verkehrsinformationen über ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) austauscht. Konfiguration und Verhalten der Fahrzeuge sind anwenderseitig über spezielle Konfigurationssoftware und die integrierte SoftPLC-Software programmierbar. Zugleich bietet die Steuerung eine CANbus-Schnittstelle zur Kommunikation mit den eingebauten I/O-Geräten, zu denen Komponenten für die Navigation und verschiedene Sensoren für das Lasthandling zählen.
Die NDC8-Plattform verfügt über lokale Bedienerschnittstellen in Form von OPT500-Touchscreens für jedes FTF. Auf diesen Bildschirmen können integrierte Diagnoseinformationen angezeigt und lokale Vorgänge und Konfigurationen vom Bediener durchgeführt werden. Die Antriebsleistung der einzelnen FTF für Lenk-, Antriebs- und Lasthandlingfunktionen wird durch Gleich- oder Wechselstrommotoren erzeugt, deren Präzisionssteuerung über Servoverstärker von Danaher Motion erfolgt.
Nahtloses Modernisierungsprogramm
Sobald die auf der NDC8-Plattform basierenden FTF durch Rocla fertig gestellt und zur Auslieferung bereit waren, startete Swisslog das Modernisierungsprogramm unter der allgegenwärtigen Prämisse, die Beeinträchtigung der Produktion bei Volvo möglichst gering zu halten. Peter Bülow von Swisslog erklärt hierzu: "Dank der NDC8-Steuerungsplattform von Danaher Motion sind diese neuen lasergesteuerten FTF einfach zu programmieren und konnten fertig installiert werden, um dieselben Transportaufgaben auszuführen wie die ursprünglich eingesetzten drahtgesteuerten Fahrzeuge. Wir sahen die Möglichkeit, die Unterbrechung der Produktion zu minimieren, indem wir den vorhandenen Hostrechner aufrüsteten statt ihn auszutauschen, sodass sowohl die alten als auch die neuen Fahrzeuge mit eben diesem System gesteuert werden konnten."
Im Sommer 2004 wurden die ersten beiden alten Einheiten außer Betrieb genommen und durch zwei neue FTF ersetzt. Der Austausch ging reibungslos vonstatten. Bis Herbst 2006 waren dann bereits acht neue FTF in Betrieb. Die Zahlen entsprechen der ursprünglichen Planung, und Volvo profitiert bereits von seiner Investition, wie Peter Bülow erklärt: "Die Produktionszahlen bei Volvo stiegen schneller als erwartet, doch die Kapazität des neuen FTF-Systems konnte von Anfang an mit diesem Tempo Schritt halten. Durch Roclas FTF-Design verringerte sich der zum Lastenhandling erforderliche Zeitaufwand erheblich. Die Fahrtgeschwindigkeit der alten FTF war auf circa 1 Meter pro Sekunde begrenzt. Um den Austauschprozess zu vereinfachen, stellten wir die neuen Fahrzeuge zunächst auf dieselbe Geschwindigkeit ein. Doch sobald der Austausch vollständig abgeschlossen ist, wird eine Erhöhung der Geschwindigkeit auf 1,4 Meter pro Sekunde und somit ein wesentlich schnellerer Transportfluss möglich sein."
Die Leistungssteigerung gegenüber den alten Einheiten ist so groß, dass es Volvo möglich sein wird, die 13 alten Fahrzeuge durch nur zehn neue zu ersetzen und noch immer eine deutliche Steigerung der Gesamtproduktivität zu erzielen. Außerdem kann Volvo einige der alten Fahrzeuge behalten und bei Bedarf vorübergehend wieder in das System einbinden. Hierdurch gewinnt das Unternehmen genügend Spielraum, um die Produktivität bei Produktionsspitzen ohne den Einsatz zusätzlicher neuer FTF weiter zu steigern.
Mit dem neuen FTF-basierten Transportsystem dürfte bei Volvo für die beiden kommenden Jahrzehnte ein reibungsloser Betrieb sichergestellt sein. Christer Nilsson von Volvo fasst zusammen: "Dank der wertvollen Partnerschaft zwischen Volvo und Swisslog sowie den Partnerunternehmen Rocla und Danaher Motion profitiert Volvo jetzt von den Vorteilen eines neuen und verbesserten FTF-Systems. Die neuen FTF wurden in das System sehr zügig und einfach eingegliedert, ohne die geringsten Probleme, wodurch unsere Vorgabe einer minimalen Produktionsunterbrechung eingehalten wurde. Und neben der Produktivitätssteigerung sorgt das neue FTF-System auch für eine Verringerung der Betriebskosten."
Arne Gustafsson, der für den täglichen Betrieb der FTF bei Volvo verantwortlich ist, kommentiert abschließend: "Swisslog und Rocla haben eine großartige Flotte von FTF-Fahrzeugen für uns entwickelt und gebaut, und dank einer langen und gründlichen Schulung unter Anleitung von Swisslog sind wir in der Lage, die vollständige Kontrolle über Pflege, Wartung, Fehlerbehebung und Umprogrammierung der Anlage zu übernehmen. Höchst erfreulich war für uns auch die Tatsache, dass uns Swisslog als Lieferant der Original-Anlage mit demselben Projektmanager bei der Modernisierung des Systems unterstützen konnte, obwohl inzwischen 20 Jahre verstrichen sind."" Als Aussage über Wert und Nutzen von Kunden-Lieferanten-Beziehungen spricht dieser Kommentar zweifellos für sich selbst.