Zebra Technologies erweitert Automatisierungsportfolio durch Fetch Robotics Übernahme

Autonome mobile Roboter sind mehr als automatisierter Materialtransport

Zebra Technologies, Hersteller von Tools zur Digitalisierung und Automatisierung von Workflows, hatte Frontline-Mitarbeiter in vielen Branchen bereits mit Barcodescannern und mobilen Handheld-Computern erweitert. Die Hinzufügung autonomer mobiler Roboter (AMR) durch die Übernahme von Fetch Robotics erschien als logischer nächster Schritt.

Als der Erwerb 2021 abgeschlossen wurde, erhielt Zebra, Lincolnshire, Illinois, ein Zwei-für-eins: sowohl Muskelkraft als auch Intelligenz.

Am einen Ende des Spektrums bietet es nun Technologie für schwere, rohe Aufgaben wie Heben, Tragen und Ziehen schwerer Lasten. Nach Programmierung können Fetch und andere AMRs in der Fertigung selbstständig LKWs an der Rampe entladen, Materialien ins Lager bringen und ins Regal stellen, Komponenten zur Fertigungslinie transportieren, virtuell Teil derselben Linie werden und sogar den Müll rausbringen.

Die Autonomie von AMRs ruft Vergleiche zu selbstfahrenden Autos hervor, doch diese Roboter haben bereits Sicherheitsstandards, um sicher um Menschen herum zu operieren.

Am anderen Ende des Spektrums können AMRs über anspruchsvolle Software-„Gehirne“ verfügen, die künstliche Intelligenz auf Logistikmanagement anwenden. Ihre Applikationen analysieren die zu erledigenden Jobs und ordnen einzelne Aufgaben den verfügbaren Assets zu.

„Das ist genau unser ganzer Fokus: Orchestrierung“, sagt Daniel Theobald, Gründer und CIO von Vecna Robotics in Waltham, Massachusetts. „Es ist wie ein Großmeister im Schach.“

Wie holen Sie den besten Durchsatz in Ihrer Anlage, obwohl sie dynamisch und unvorhersehbar ist? LKWs kommen spät, Leute erscheinen nicht zur Arbeit, Geräte fallen aus. Theobald sagt, der Einsatz von Vecnas Pivotal-Orchestrierungssoftware allein verdoppelte den Durchsatz in einem Versandzentrum ohne zusätzliche Ressourcen, indem sie half, die besten Zuordnungen in Echtzeit zu ermitteln.

„Das klingt vielleicht unglaublich, aber der Grund, warum es so gut funktioniert, ist, dass der Durchsatz einer Anlage zu jedem einzelnen Zeitpunkt letztlich durch einen einzelnen Flaschenhals begrenzt ist“, sagt Theobald. „Und Menschen sind nicht gut darin, in Echtzeit herauszufinden, wo dieser Flaschenhals ist. Das ist das, was KI gut kann: das System als Ganzes betrachten, tausende Variablen berücksichtigen.“

Warum ist das alles wichtig? Ganz einfach: AMRs ermöglichen Maschinen und Menschen, das zu tun, was sie am besten können.

Maschinen sind gut darin, die nötige Muskelkraft für Jobs bereitzustellen. Bei Menschen leiden die Körper, wenn sie physische Aufgaben über ihre Fähigkeiten hinaus versuchen. Bei Maschinen kann Engineering angewendet werden, um höhere Lasten zu bewältigen. Wenn ihre Batterien leer sind, können sie geladen werden. Wenn etwas kaputtgeht, kann das Teil repariert oder ein neues installiert werden.

Erweiterte Intelligenz für Planung

Menschen sind leider auch nicht gut darin, alle Faktoren zu berücksichtigen, die die Leistung in einer Fabrik beeinflussen – aber das ist das, was Software mit KI auf dem Unternehmensserver oder in der Cloud wirklich gut kann.

Fetch Robotics‘ cloudbasierte Robotersoftware FetchCore kann nicht nur die Roboter oder die menschlichen Arbeiter optimieren, sondern beide gemeinsam auf hochproduktive und effiziente Weise, sagt Jim Lawton, Vice President und General Manager Robotics Automation bei Zebra Technologies/Fetch Robotics.

„Was wir bei Zebra können, ist sowohl AMRs als auch Menschen zu optimieren“, sagt Lawton. „Wenn ich eine bestimmte Sache erledigt brauche, kann ich beide koordinieren, sodass Person und Roboter zur gleichen Zeit am gleichen Ort erscheinen und tun, was sie tun müssen. Dann wird die Person zur nächsten Aufgabe geleitet, und der Roboter zu seiner nächsten Aufgabe – und Sie laufen konstant in einem weit optimierteren Modus.“

Diese Effizienz und Optimierung ist kritisch in der Fertigung, wo chronischer Fachkräftemangel schon vor der Great Resignation 2021 während der Pandemie bestand. Effiziente Abläufe können auch Zeit für das Upskilling freisetzen, das nötig ist, um Arbeiter engagiert und relevant zu halten in einer Welt, in der Automatisierung buchstäblich die Schwerstarbeit übernimmt.

Können AMRs Teil der Montagelinie werden?

Flex Ltd., ein 24-Milliarden-Dollar globaler Auftragsfertiger mit Sitz in San Jose, Kalifornien, nutzt AMRs seit etwa 10 Jahren und hat jetzt mehr als 300 der autonomen Materialhandler in seinen über 100 Standorten. Ihre Roboter kommen in Betrieb, Fabrik, Lager, Logistik, Service-Depot, Reparatur und Materialhaltung zum Einsatz.

„Das Hauptelement von AMRs ist, dass sie uns bei Sicherheit und Ergonomie helfen und unsere Operationen in Industry 4.0 unterstützen, wo Dinge vernetzt sind“, sagt Murad Kurwa, Vice President of Advanced Manufacturing Engineering.

Durch den Einsatz von AMRs hat Flex etwa 20.000 Arbeitsstunden Produktivitätsgewinn realisiert, laut Unternehmensangaben.

„Autonome mobile Roboter sind mehr als eine Notwendigkeit für Flex“, sagt Kurwa. „Wir nutzen AMRs in vielen Bereichen für Transport von Rohmaterial, Work-in-Process-Bestand, Fertigwaren zur Verladestation für Versand und diverse andere Aufgaben, die unsere menschliche Kapazität freisetzen, um sich auf qualifiziertere Aufgaben in der Produkttransformation zu fokussieren und Kundenerwartungen zu erfüllen.“

Flex sieht eine breitere Rolle für seine AMRs in der Zukunft, sowohl wörtlich als auch im übertragenen Sinne.

Das Unternehmen prüft 5G-Konnektivität für AMRs und hat Proof-of-Concept-Arbeiten und Piloten durchgeführt.

„5G als Ersatz für das aktuelle Wi-Fi/LTE bietet ein breiteres Signalspektrum mit privatem Netzwerk, was Empfängern wie AMRs erlaubt, kontinuierlich über größere Distanzen ohne Signalverfall oder Latenz zu arbeiten, was AMRs zum Stillstand bringen kann“, sagt Kurwa.

Eine Möglichkeit für AMRs bei Flex ist, virtuell Teil einer Montagelinie zu werden, was den Produktionsboden flexibler und auf verschiedene Projekte umstellbar macht. Das Unternehmen erforscht auch, AMRs zu nutzen, um Förderstrecken zwischen Schritten einer bewegten Linie zu verbinden, wo ein Monument (z. B. Ofen) nicht versetzt werden kann.

„Anstatt eines linearen Flusses kann der AMR das Teil abholen, um das Monument herumfahren und über den Förderer auf dem AMR mit dem nächsten Schritt verbinden“, sagt Kurwa.

Der größte Fehler wäre, die Fähigkeiten von AMRs nicht voll auszuschöpfen, sagt Theobald.

„Ein Teil der Magie hier ist: Was sind die ersten Aufgaben, die am besten von dieser Technologie adressiert werden, weil wir noch früh auf der Adoptionskurve sind?“, sagt er. „Die richtigen ersten Aufgaben auszuwählen, kann einen riesigen Unterschied machen.“

Beispielsweise der Fabrikbesitzer, der Gabelstapler, die von Menschen gefahren wurden, durch fahrerlose Gabelstapler ersetzt und business as usual weiterführt. Er ignoriert, dass die fahrerlose Ausrüstung ein ganzes Set an Attributen hat – sie macht keine Pausen, wird nicht müde, kann ganze Schichten fahren, ihr Zeitplan ist mit KI koordiniert und geplant – die die Grenzen menschlicher Arbeiter überschreiten.

„Generell ist das nicht der richtige Ansatz“, sagt Theobald. „Oft lohnt es sich, Workflows neu zu denken.“

Variabilität gibt AMRs Chance zu glänzen

Sobald menschliche Arbeiter einen AMR haben, wollen sie, dass er einfach zu deployen ist.

„Menschen verstehen ihre Prozesse wirklich gut“, sagt Lawton. „Sie müssen nicht unbedingt Robotik verstehen. Deshalb haben wir Technologie entwickelt, damit Menschen ihren Raum, ihren Workflow sehr einfach definieren können.“

Historisch brauchte es 300 Stunden, einen Roboter zu programmieren, aber Fetch Robotics‘ AMR kann in einem Tag einsatzbereit sein, sagt er. Programmierung bedeutet generell, ihn durch die Fabrik zu fahren. Mit Fetch Robotics nutzen Nutzer Drag-and-Drop, um die FetchCore-Software einzurichten.

„Sie müssen etwas wirklich schnell in einer Anlage zum Laufen bringen können und es muss die normalen Variabilitäten einer typischen Umgebung acommodieren können“, sagt er. „Da glänzt ein AMR wirklich.“

Schließlich kann eine Fabrik eine heterogene Flotte von AMRs haben, alle mit eigener Flottenmanagement-Software. Was dann, um sie zusammenarbeiten zu lassen?

Wenn einige Ihrer Roboter von Vecna sind, sind Sie versorgt. Denn dessen Pivotal-Software ist agnostisch gegenüber der Ressourcenart in einem Task-Management-Szenario. „Kann ein Mensch sein, kann unser Roboter sein, kann ein Roboter eines anderen Anbieters sein, kann manuell bedientes Equipment sein“, sagt Theobald. „Sie hat die Fähigkeit, Aufgaben basierend auf Fähigkeiten, Standort und Verfügbarkeit zuzuweisen.“

In der Zwischenzeit hat MassRobotics, Boston, ein Nonprofit-Innovationshub für Robotik und vernetzte Geräte, den Theobald mitgegründet hat, einen Interoperabilitätsstandard herausgegeben: MR Interop für Roboter-zu-Flottenmanagement-Reporting. Es arbeitet auch an der nächsten Version, um Aufgaben an Roboter zuzuweisen. MassRobotics arbeitet auch an einem Interoperabilitätsstandard für Ladegeräte.

„Wir hoffen, dass in Zukunft Flottenmanagement-Software jedes Unternehmens einfach MR Interop nutzen kann und nicht direkt mit jenen anderen Robotern integriert werden muss“, sagt er. „MR Interop ist ein Standard, der diesen Prozess einfacher macht.“ Der Interoperabilitätsstandard zeigt bereits Wirkung. Unternehmen wie FedEx haben gesagt, sie werden keine Roboter kaufen, die nicht dem MassRobotics-Interoperabilitätsstandard entsprechen, sagt Theobald. FetchCore hat die Fähigkeit, eine heterogene Gruppe von AMRs verschiedener Anbieter zu flottenmanagen, hat dies aber noch nicht getan, sagt Lawton.

Bei Flex, obwohl es Hunderte Roboter von drei Anbietern nutzt, koexistieren keine von ihnen in derselben Anlage, sagt Kurwa.

AMRs, die Plug-and-Play zusammenarbeiten, helfen nicht nur dem Nutzer. Es wirkt sich auch auf das Wachstum der Branche selbst aus. „Branchen skalieren nicht, bis diese Interoperabilitätsfragen geklärt sind, also haben wir ein Blatt aus der Computer- oder Handyindustrie genommen“, sagt Theobald. „Man könnte über die Videokassettenindustrie sprechen, das ganze VHS-gegen-Beta-Ding. Das sind tendenziell sehr unordentliche Prozesse, die manchmal Jahrzehnte dauern und die Kundenadoption solcher Tools wirklich verlangsamen.“

Wachstum von AMRs spawnt Zubehör, Drittanbieter-Software

Mit wachsendem Einsatz autonomer mobiler Roboter wächst auch der Bedarf an Software zur Steuerung von AMR-Flotten verschiedener Anbieter und Top-of-Cart-Zubehör für deren Nutzung.

Ein AMR-Hersteller, Mobile Industrial Robots (MiR) in Odense, Dänemark, schuf bewusst eine Open-Plattform-Roboter.

„Sehen Sie uns als Basisroboter mit 48-Volt-Lithium-Ionen-Batterie, und wir erlauben Leuten, alles zu bauen, was sie wollen, oben auf dem Roboter“, sagt Matt Charles, Sales Director Midwest und Kanada. „Sie können einen Roboterarm oben drauf setzen, der von unserer Batterie gespeist wird und hin und her mit unserem Roboter kommuniziert, wann zu fahren, wann zu gehen.“

Während ein Roboterarm möglich ist, sind die Top-3-Top-of-Cart-Module für MiRs AMRs ein Förderbanddeck, ein Pinningsystem zum Anhängen von Wagen und ein Palettenlift, sagt Charles.

ROEQ (ausgesprochen RO-eek, Name abgeleitet von „robotic equipment“), Vissenbjerg, Dänemark, ist MiRs führender Lieferant für Top-of-Cart-Zubehör. Tatsächlich wurde das Unternehmen speziell gegründet, um Top-of-Cart-Module für MiR-AMRs zu bauen, einschließlich Wagen, Top-Roller, Lifter und Racks. ROEQ-Mitgründer Michael E. Hansen und Benni S. Lund wurden in ihrer früheren Funktion als Beratungsingenieure zu MiR gerufen und sahen eine Gelegenheit, die sie zur Unternehmensgründung nutzte.

„Da entdeckten sie eine Marktlücke: Sie haben eine großartige Technologie, eine großartige Plattform, um Dinge zu bewegen, aber das gesamte Ökosystem musste mit den richtigen Werkzeugen vervollständigt werden, um aufnehmen, absetzen und transferieren zu können“, sagt Shermine Gotfredson, Global Sales Director bei ROEQ. „Und das war der fehlende Link.“

Ihr erstes Produkt war der TMC 300, ein Top-of-Cart-Rack, der noch in Produktion ist. Die neuesten Neuzugänge von ROEQ sind der TMS-C500 Ext und S-Cart500Ext, die zusammenarbeiten. Die neue Modul/Wagen-Kombination verdoppelt die Nutzlast von MiRs 250 AMR effektiv von 250 kg auf 500 kg. Das TMS-C500 Ext Top-Modul ermöglicht auch Transport von Lasten bis 1,2 m Länge ohne Sicherheitskompromisse.

Während ROEQ sein Geschäft bisher auf MiR-Roboter ausgerichtet hat, müssen Fabrikbesitzer nicht so loyal sein. Selbst wenn Hersteller Software für ihre AMRs bereitstellen, ist Interoperabilität mit einer heterogenen Roboterflotte komplexer. „Das ist eine gemeinsame Herausforderung für Hersteller, und es gibt großen Druck für Interoperabilität und Inter-Flotten, die sich mischen und zusammenarbeiten können“, sagt Charles. „Das arbeiten wir an, und andere Unternehmen entwickeln ebenfalls Lösungen.“

Eines dieser Unternehmen ist AWS (Amazon Web Services Inc.)

Während es möglich sein mag, die Controller-Software eines AMRs so zu modifizieren, dass sie als Flottenmanager für Roboter verschiedener Anbieter fungiert, hat AWS AWS IoT RoboRunner geschaffen, um die Infrastruktur für die Integration mobiler Roboter ausgewählter Anbieter mit Work-Management-Systemen und den Aufbau von Robotik-Flottenmanagement-Applikationen bereitzustellen. Anfang dieses Jahres war RoboRunner in einer Lab-Umgebung in Preview und sollte bald in Produktionsumgebungen ausgerollt werden.

Zusätzlich zur Infrastruktur für Flottenmanagement-Applikationen bietet AWS IoT RoboRunner zwei Softwarebibliotheken – eine Task-Manager-Bibliothek und eine Fleet-Gateway-Bibliothek – samt Beispielapplikationen, was Entwicklern erleichtert, ihre Robotik-Management-Applikationen auf AWS IoT RoboRunner aufzubauen.

Zudem eliminiert AWS IoT RoboRunner die Notwendigkeit zahlreicher Integrationen zwischen verschiedenen Robotersteuerungssystemen und dem Work-Management-System einer Fabrik. Stattdessen integrieren sich alle Systeme mit AWS IoT RoboRunner, und der Service verbindet alle integrierten Systeme automatisch.

Auch erleichtert AWS IoT RoboRunner Entwicklern den Bau von Management-Applikationen mit der Task-Manager-Entwicklungsbibliothek. Diese kommt auch mit einer Beispiel-Task-Orchestrierungsapplikation, die ein Shared-Space-Management-Feature enthält. Entwickler können diese Beispielapplikation als Ausgangspunkt nutzen, um ihre Applikationsentwicklung zu beschleunigen.

„Immer mehr Kunden in Fertigung, Logistik und Konsumgüter nutzen Robotik und autonome Systeme in ihren Operationen, kämpfen aber damit, diese Systeme für die Orchestrierung komplexer Robotik-Aufgaben wie Objekt-Picking und Inspektion in Lagern über Flotten oder Roboter hinweg zu managen“, sagt Eric Anderson, General Manager, Robotics and Autonomous Systems, AWS. „Mit AWS IoT RoboRunner machen wir es Kunden leichter, Robotik in ihre Operationen zu integrieren, zu managen und zu orchestrieren und ihre autonomen Systeme intelligenter zu machen, basierend auf derselben Technologie, die in Amazon-Logistik- und Fulfillment-Zentren eingesetzt wird.“