AMRs meistern Pandemie und Zukunft: Flexible Automatisierung im Wandel

Hersteller brauchen Vielseitigkeit bei sich ändernden Anforderungen

Im August hatte Rob Sullivan die Installation zweier autonomer mobiler Roboter (AMR) im Deutsche Post DHL Group Innovation Center in Troisdorf, Deutschland, geplant. Doch Reisebeschränkungen von den USA nach Europa wegen der Corona-Pandemie verhinderten, dass Sullivans Installationstechniker anreisen konnte.

Die Lösung war sehr 21. Jahrhundert: Sullivans Team bei AutoGuide Mobile Robots führte die Installation virtuell durch.

„Nach reiflicher Überlegung entschieden wir, den besten Weg sei, unseren lokalen (deutschen) Systemintegrator ST-IR (ST Integration & Robots) mittels RealWear-Headset zu schulen“, schrieb Sullivan, CEO von AutoGuide Mobile Robots, auf LinkedIn – ein Beitrag, den Smart Manufacturing verifizierte. „Gemeinsam, virtuell mit ST-IR arbeitend, installierten wir einen AutoGuide MAX-N Pallet Stacker und MAX-N Tugger in der ST-IR-Anlage, um sie in der Implementierung zu schulen.“

Die ST-IR-Leute nutzten dann das erworbene Wissen und die beiden AMRs bei DHL, wo die deutschen Integratoren Tugger und Palettenstapler erfolgreich installierten – mit virtueller Unterstützung der AutoGuide-Techniker aus den USA. Das ST-IR-Team schaffte die Installation in wenigen Tagen, ohne den Projektzeitplan zu gefährden.

Sullivan und sein Team erhielten auch virtuelles Feedback: „Ich kann absolut bestätigen, dass wir von ST-IR-Seite glücklich und stolz sind, die Installation durchgeführt zu haben und eine großartige Zeit bei DHL hatten“, kommentierte Christoph Leutner, Operations-Geschäftsführer bei ST-IR, einem Full-Service-Integrator für produktionsbasierte Robotik.

Während AutoGuide für die Übersee-Installation einen Integrator nutzte, können AutoGuide-Techniker US-Hersteller direkt unterstützen.

AMRs vs. AGVs: Die Unterschiede

Michael Fleming, Systemintegrator mit jahrzehntelanger Erfahrung, betont: Ein Systemintegrator ist optional, da AMRs so konzipiert sind, dass sie einfach und schnell zu installieren und bei sich ändernden Anforderungen in Industrieanlagen leicht umzukonfigurieren sind.

„AMRs fokussieren darauf, dass der Nutzer/Besitzer sie selbst programmieren, anpassen und integrieren kann, während AGV-Hersteller [automatisierte Führungssysteme] dies tendenziell für den Kunden übernehmen“, so Fleming, Global Product Manager für AMRs und AGVs beim Systemintegrator MHS.

Obwohl AMRs und AGVs ähnliche Aufgaben erfüllen – 주로 Materialtransport –, gibt es wesentliche Unterschiede.

„Der größte Unterschied liegt in der Denkweise: Der AMR ist dezentral und braucht keinen Flottenmanager“, fügte er hinzu. „In den letzten zwei Jahren begannen AMR-Hersteller, Flottenmanager anzubieten – genau weil AGVs immer einen hatten.“

Das hängt mit der Anzahl autonomer Fahrzeuge an einem Standort zusammen. Mit wachsenden Zahlen entsteht irgendwann eine Flotte, deren Management notwendig wird.

„Mit wachsenden Flottengrößen und deterministischeren Aufgaben [Aufgaben, die konsistent innerhalb bestimmter Zeitrahmen ausgeführt werden müssen] erkennen AMR-Hersteller die Notwendigkeit effizienter Verkehrs- und Auftragsmanagement“, so Fleming.

Weitere Unterschiede zwischen AGVs (erste Erfindung in den 1950ern) und AMRs (seit ca. einem Jahrzehnt):

„AMRs dezentralisieren ihre Steuerung auf das Fahrzeug selbst, was sie oft teurer macht“, so Fleming. Anders ausgedrückt: „Es steckt viel mehr Intelligenz im Fahrzeug selbst.“

Diese Intelligenz zeigt sich u. a. in der Navigation: Trifft ein AGV auf ein Hindernis, wartet es typischerweise, bis jemand es beiseite räumt. Ein AMR navigiert hindernisum oder wählt einen alternativen Pfad.

Roboter per Drag-and-Drop programmieren

Diese Flexibilität inspirierte eine Unternehmerin vor über sechs Jahren zur Gründung ihrer AMR-Firma.

„Wir gründeten das Unternehmen fokussiert auf Arbeitskräftemangel und Flexibilitätsprobleme bei aktueller Automatisierungstechnologie“, sagte Fetch Robotics CEO Melonee Wise. „Das Problem: Wie flexiblen Gütertransport bereitstellen – ob Linienseitige Lieferung, Just-in-Time oder Werkstatt-zu-Werkstatt?“

„Von Fertigungs- und Prozessingenieuren hörten wir: Bestehende Automatisierung braucht sehr lange für Setup, viel Wartung, viel Installation und ist sehr schwer zu ändern. Bei Linienänderungen wegen Saisonalität war es sehr schwer, all diese Änderungen vorzunehmen – und erforderte viel On-Premise-IT-Support.“

Fetch fertigt: Roboter für automatisiertes Materialhandling und Datenerfassung; Plattformen für Robotikforschung; Plattform für kommerzielle Roboter; Partner-Desinfektionsroboter (Fetch AMR-Basis mit Partner-Desinfektionstechnologie).

Nach dem Auspacken fährt der Kunde den AMR durch die Anlage, um eine Karte zu erstellen. Dann zeichnet er die gewünschten Pfade auf der Karte. Er programmiert den Roboter per Drag-and-Drop-Menü mit Workflow-Anweisungen. All diese Schritte werden remote – pandemiebedingt – von einem Fetch-Applikationsingenieur unterstützt.

Weitere Interaktionen erfolgen über Touchscreen, Tablet oder Scan-Gun.

„Wir haben viel Komponenten entwickelt, die die Integration in die Fabrik sehr einfach machen – mit fixer Automation, weil wir nur ein Teil der Automatisierungsgeschichte sind“, so Wise. „Wir verbinden und integrieren mit Manufacturing Execution Systems, physischer Automation, SPS. Wir verbinden Handscanner, Sprachsysteme – je nach Kundenwunsch.“

Wises Blick auf die gesamte Fabrikautomation und die Integration eines Teils davon mag von ihrer Vorarbeit als Kernentwicklerin von ROS (Robot Operating System) stammen – einem OS mit Visualisierungs- und Simulationslayer.

Fetch-Roboter nutzen teils ROS, haben aber ein Linux-basiertes OS.

Für Flottenmanagement sitzt die FetchCore-Robotiksoftware in der Cloud und bietet Analytik, Terminierung, Roboterkonfiguration, Aufgaben- und Workflow-Management.

Typische AMR-Aufgaben in Industrieanlagen

• Teilmontierte Geschirrspüler zur Fertigungslinie transportieren
• Kittierte Bootsmotorteile liefern
• Elektronikgeräte in Retourenlager von Reparaturstation zum QA-Techniker bewegen
• Bestand von Stahl- und Aluminiumrohren via RFID-Tags per AMR mit Lesegeräten erfassen
• Montierte Elektronikeinheiten zum Verpackungsförderer schieben

Große Flächen verlangen AMRs

Sullivans AutoGuide-Roboter bestehen aus einer AMR-Basis mit kundenspezifischen Adaptern: Tugger, Palettenstapler, Hochregalstapler.

„Genau wie ein Roboter mit Endeffektor“, erklärte er im Interview mit Smart Manufacturing. „Man baut keinen Roboter für eine Anwendung. Man baut einen Roboter und setzt verschiedene Endeffektoren ein. So haben wir das gebaut: Ein Roboter mit Adaptern, die Endeffektoren entsprechen.“

Ein Tugger für einen Konsumgüterhersteller in Arkansas arbeitet in einer 800.000-qft (ca. 74.300 m²) großen Fabrik und Lagerhalle mit 4 % Steigung zwischen Fertigung und Lager. Er bewegt täglich 200.000 lbs (ca. 90.700 kg) Güter.

„Sie wollten kein traditionelles AGV wegen der Distanzen und der Kosten für die magnetische Infrastruktur“, so Sullivan. Neuere AGVs nutzen Magnetband statt eingebetteter Drähte.

„Jede große Anlage – Verteilzentrum oder Fertigungslager – würde teure, zeitaufwändige Infrastrukturänderungen für permanente Drähte, Magnetstreifen oder bodeneingebettete Sensoren erfordern. Ändern sich Prozesse, muss die Anlage erneut aktualisiert werden. Sie sind für keine Anlagengröße praktisch oder kosteneffektiv.“

Navigation mit 3D-Vision

Seegrids Roboter unterscheiden sich durch ihren Namen – Vision Guided Vehicles (VGVs) vs. AMRs – und ihre Navigation.

„Wir nutzen einzigartig Kameras für Navigation und haben festgestellt, dass dies die zuverlässigste Navigation im AMR-Bereich ist“, sagte Jeff Christensen, VP Product.

Die 10 Kameras an Seegrids zwei VGV-Modellen – Tugger und Palettenhubwagen – arbeiten in fünf stereoskopischen Paaren und erfassen hemisphärische Vision-Daten. Die VGV-Software bestimmt, was in der Umgebung wichtig ist.

Diese Datenmenge ermöglicht Routenänderungen während laufender Produktion – „und niemand sonst kann das“, betonte Christensen.

„Fertigung, Lager, Distribution sind hochdynamische Umgebungen. Um dort zuverlässig zu navigieren, ist es besser, weit mehr Daten zu sammeln, als man verarbeiten kann, und die Software entscheiden zu lassen, was wichtig ist – statt den Blick zu limitieren und dann zu extrapolieren und zu raten“, verglich er echte 3D-Vision-Navigation mit LiDAR-basierter Laserführung.

Der häufigste Job für Seegrid-Roboter in der Fertigung: Teilebereitstellung an die Linie. Ihr Wert zeigt sich besonders in Werken, die der Nachfrage nicht nachkommen.

Aus Kohlebergwerken in Fabriken

Während Roboter oft beschuldigt werden, amerikanische Jobs zu vernichten, schuf AutoGuide Mobile Robots nicht nur Jobs für Installation und Wartung, sondern besetzte einige mit umgeschulten Bergleuten.

AutoGuide und sein Premier-Integrationspartner Heartland Automation stellten 25 ehemalige Bergleute ein, die am Haas eKentucky Advanced Manufacturing Institute (eKAMI) ausgebildet wurden.

eKAMI liegt wenige Meilen von den Fertigungsstandorten der Unternehmen in Kentucky entfernt und startete 2017.

Studenten nehmen an beschleunigten Programmen in CNC-Bearbeitung für Robotik, Luftfahrt, Medizintechnik und andere fortschrittliche Fertigungsbranchen teil.

„Qualifiziertes Personal für Fertigung und Installation zu finden, kann extrem schwierig sein – wir waren begeistert, eine Ressource wie eKAMI zu finden“, sagte AutoGuide-CEO Rob Sullivan. „Nicht nur erhalten wir hart arbeitende, hochqualifizierte Techniker – sie bekommen Jobs, die sie als Bergleute wahrscheinlich für unmöglich hielten.“