Autonome mobile Roboter optimieren Intralogistik bei ifm electronic: Just-in-time an der Produktionslinie

Aktuell vollzieht sich in der Intralogistik ein signifikanter Transformationsprozess hin zur flexiblen Automatisierung. Der Grund: Während Anforderungen an Geschwindigkeit und Qualität wegen der Dynamik im E-Commerce steigen, führt gleichzeitig die demografische Entwicklung zu einer Verstärkung des bereits bestehenden Fachkräftemangels.

Um den eigenen Qualitätsansprüchen gerecht zu werden und eine optimale Produktionsstruktur zu gewährleisten, orientiert sich das Unternehmen an den Prinzipien des Lean Managements, welches auch in der Intralogistik Anwendung findet. | Bild: MiR
Um den eigenen Qualitätsansprüchen gerecht zu werden und eine optimale Produktionsstruktur zu gewährleisten, orientiert sich das Unternehmen an den Prinzipien des Lean Managements, welches auch in der Intralogistik Anwendung findet. | Bild: MiR
Tobias Schweikl

Die Investition in eine fortschrittliche Logistik ist wirtschaftlich sinnvoll. Durch die Einführung automatisierter Systeme können Unternehmen ihre innerbetrieblichen Logistik- und Lagerkosten um etwa 30 Prozent senken. Marktanalysen lassen darauf schließen, dass der weltweite Markt für autonome mobile Roboter (AMR) eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von circa 23 Prozent verzeichnen dürfte. Es wird erwartet, dass bis zum Jahr 2028 ein Marktvolumen von mehr als 8,7 Milliarden US-Dollar erreicht sein wird.

Dies lässt sich unter anderem dadurch erklären, dass zahlreiche Unternehmen in mobilen Robotern ein effektives Instrument zur Effizienzsteigerung von Arbeitsprozessen und zur Gegensteuerung des Fachkräftemangels erkennen.

Zukunftsorientierte Arbeitsplatzgestaltung

Die ifm electronic GmbH, ein Unternehmen mit dem Schwerpunkt auf der Herstellung von Sensoren, Steuerungen und Systemen für die industrielle Automatisierung und Digitalisierung, nutzt am Produktions- und Entwicklungsstandort Tettnang am Bodensee autonome mobile Roboter. Diese technologische Investition dient der Entlastung der Belegschaft sowie der Implementierung einer effizienten, schlanken Produktionsweise. Derzeit sind mehrere Roboter des dänischen Herstellers Mobile Industrial Robots (MiR) im Einsatz, um die Produktionslinien kontinuierlich mit Materialien zu versorgen.

Ein signifikanter Vorteil dieser Strategie ist die Möglichkeit für das Unternehmen, die Programmierung der Roboter intern zu übernehmen und diese durch den Einsatz hauseigener Sensorik individuell zu erweitern. Dies gewährleistet eine flexible Anpassungsfähigkeit der Robotertechnologie an das dynamische und agile Layout der Produktionsprozesse des Unternehmens.

Gegründet im Jahr 1969, beschäftigt der Hersteller in Tettnang etwa 1800 Mitarbeiter, die in der Entwicklung und Produktion von Produkten wie Positions- und Prozesssensoren sowie Komponenten für Motion Control und die Sicherheitstechnik tätig sind. Um den eigenen Qualitätsansprüchen gerecht zu werden und eine optimale Produktionsstruktur zu gewährleisten, orientiert sich das Unternehmen an den Prinzipien des Lean Managements, welches auch in der Intralogistik Anwendung findet.

„Uns ist es wichtig, dass sich unsere Mitarbeiter auf wertschöpfende Prozesse konzentrieren können. Zudem wollten wir das Material an den Produktionslinien reduzieren und eine Just-in-time Bereitstellung sicherstellen. Unsere Intralogistik zu automatisieren war daher der logische Schritt“, sagt Ulrich Beller, Lean Manager und Projektleitung AMR-Implementierung bei der ifm electronic GmbH.

Für das Unternehmen war es zudem entscheidend, in der dynamischen Produktionsumgebung flexibel zu bleiben. Daher entschied sich ifm für autonome mobile Roboter. Diese kommen im Gegensatz zu klassischen fahrerlosen Transportsystemen ohne Induktionsschleifen oder Markierungen auf dem Boden aus. Dank verschiedener Sicherheitsfunktionen wie Sensoren, Laser-Scannern und Kameras erkennen sie feststehende und bewegliche Hindernisse zuverlässig und bremsen ab oder weichen aus. Bei Änderungen im Produktions-Layout können die AMR daher schnell auf neuen Routen eingesetzt werden.

Ein Roboter als Startschuss

ifm startete sein Automatisierungsprojekt im Jahr 2018 mit einem AMR vom Typ MiR100, der in einer Produktionshalle die Linien mit Material versorgt. Dafür fordert ein Mitarbeiter den Roboter manuell an. Dieser dockt an das eigens von ifm entwickelte Regal an, nimmt das geforderte Material auf, bringt es zum eingespeicherten Ziel und übergibt es an die Abgabestation.

Um die Toleranz bei der Andockung auszugleichen, integrierte ifm für den Ablauf im ersten Schritt einen eigenen optischen Sensor auf dem Roboter. Dieser überprüft, ob der Transportbehälter richtig übergeben wurde.

„Ein großer Vorteil der Lösungen von Mobile Industrial Robots war es, dass wir die Roboter durch unsere Sensorik erweitern können. Das war eine wichtige Voraussetzung für den Auf- und Ausbau unseres komplexen automatisierten Intralogistiksystems“, erläutert Beller.

Zudem kann ifm die Software für Kartierung und Programmablaufsteuerung selbst einrichten.

„Wir brauchen für die Programmierung keinen Support von außerhalb, sondern haben Entwicklung, Konstruktion und Bau der Übergabestationen, die Inbetriebnahme sowie die Erweiterung des Systems komplett selbst übernommen“, berichtet Beller weiter.

Automatisierte Intralogistik mit Eigenentwicklung

Nachdem der erste Robotereinsatz gute Ergebnisse zeigte, wollte ifm eine weitere, sehr hoch ausgelastete Produktionshalle ebenfalls mit AMR ausstatten. Dafür entwickelte das Unternehmen sein Regalsystem weiter und konzipierte ein Durchfahrregal.

„Unsere Neuentwicklung kombiniert die Behälteraufnahme und -abgabe in einem Prozess. Mit dem Durchfahrregal sind wir doppelt so schnell wie mit der Variante Andocken und können die hohe Taktung und Frequenz der Auftragsanforderung abdecken. Wir haben das System komplett selbst entwickelt und halten dafür auch ein Patent“, erklärt Ulrich Beller.

Das System funktioniert rein mechanisch: Wenn der Roboter durch das Regalsystem fährt, wird dabei zuerst eine Gabel heruntergedrückt und damit der Behälter abgeliefert. Im Anschluss klappt die Gabel nach oben und zieht einen neuen Transportbehälter auf den Roboter. Insgesamt hat ifm 17 Regalsysteme zur Abholung und Anlieferung installiert, die mit 130 ifm-Sensoren ausgestattet sind.

Einheitliche Softwareplattform: Die Roboter-Flotte unter Kontrolle

Die Auftragsanforderung in der Produktionslinie erfolgt dadurch, dass ein Mitarbeiter einen Behälter vom Anlieferpuffer des Durchfahrregals entnimmt. Die Zustandsänderung des unter dem Behälter angebrachten „ifm OJ“-Lichtreflextaster erzeugt eine Mission zur Anforderung eines neuen Auftrags. Ab dann übernimmt der AMR die Abholung der Auftragsbehälter.

Für diesen Vorgang fragt eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) kontinuierlich die auf den Regalsystemen und Robotern installierten Sensoren hinsichtlich deren Zustandsänderung ab. Bei entsprechender Zustandsänderung eines Sensors am Regal oder Roboter gibt die SPS diese Information über eine WLAN-Schnittstelle an die Flottensteuerung weiter. Diese verteilt die daraus resultierende Mission an ein AMR, welches die Mission dann ausführt. Dabei berücksichtigt die Flottensteuerung bei der Zuweisung der Mission den Ladezustand der AGVs und welcher AMR sich dem Ziel am nächsten befindet.

Sechs Roboter regeln Materialtransport

Aktuell gewährleisten sechs mobile Robotereinheiten vom Typ MiR100 im Rahmen eines Drei-Schicht-Systems die Materialversorgung für insgesamt 14 Fertigungslinien. Die AMR führen täglich über 1000 Aufträge aus, wobei jeder einzelne Roboter im Tagesverlauf bis zu 30 Kilometer zurücklegt.

„Für uns sind die Roboter eine große Entlastung, denn früher mussten wir die schweren Kisten noch selbst durch die Produktion tragen,“ sagt Markus Siedenburg, Sachgebietsleiter ifm electronic GmbH. „Dank der zentralen Bereitstellung der AMR können wir freigewordene Ressourcen jetzt wertschöpfend einsetzen. Bei Wartungsarbeiten oder ähnlichen Ausfällen der Roboter wird uns erst bewusst, welche Strecken und Auftragsmengen die Roboter jeden Tag bewältigen“, so Siedenburg weiter.

Neues Geschäftsmodell dank Robotereinsatz

Nicht nur ifm selbst ist überzeugt vom Einsatz der AMR: Das selbst entwickelte Konzept der automatisierten Intralogistik wurde 2021 mit dem Preis „Fabrik des Jahres“ ausgezeichnet. Das machte andere mittelständische Unternehmen, die ebenfalls ihre Intralogistik automatisieren wollen, auf ifm aufmerksam.

„Durch die Auszeichnung haben wir viele Anfragen anderer Mittelständler erhalten, die sich unser System genauer anschauen wollten. Daher entwickeln wir gerade ein Konzept für Consulting in der Intralogistik und in Kooperation den Vertrieb der Regalsysteme“ berichtet Ulrich Beller. „Zudem sind wir gerade dabei, in anderen ifm Werken weltweit Roboter zu installieren. Für unser eigenes Werk in Tettnang planen wir aktuell Weiterentwicklungen wie etwa eine Behältererkennung. Wir haben also noch viel vor!“