Wie Sie die Herausforderungen bei der Simulation von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) erfolgreich meistern

Fahrerlose Transportsysteme, kurz FTS, nehmen in der Intralogistik zunehmend Fahrt auf und bieten ein besonders hohes Optimierungspotential. Im Rahmen einer Simulation lassen sich die positiven Effekte schnell testen und validieren. Aufgrund der hohen Komplexität und Vielseitigkeit von FTS gibt es dabei zahlreiche Herausforderungen zu meistern. Erfahren Sie, um welche Herausforderungen es sich im Konkreten handelt, welche Vorteile mit einer FTS-Simulation einhergehen und wie unserer AGV-Bibliothek dabei unterstützt, FTS-Simulationen noch einfacher und detailgetreuer zu erstellen und auszuwerten.

Vor allem im Bereich der Intralogistik können Unternehmen schnell Material- und Warenflüsse optimieren und damit Kosten reduzieren. Automatisierte Lösungen wie Fahrerlose Transportsysteme (kurz FTS, englisch Automated Guided Vehicle oder kurz AGV) gewähren dabei ein besonders hohes Optimierungspotential. Mit ihrem Einsatz gehen beispielsweise automatisierte Prozesse, verbesserte Arbeitssicherheit und höhere Produktionsflexibilität einher. Mehr über die Vorteile von Fahrerlosen Transportsystemen erfahren Sie in unserem Blog-Beitrag.

Als vollautomatisiertes Transportsystem bieten die Fahrzeugsysteme gute Voraussetzungen für eine realistische Abbildung. In Gesprächen mit zahlreichen AGV-Herstellern und AGV-Planern hat sich jedoch bestätigt:

FTS werden häufig noch klassisch in statischen Excel-Kalkulationen geplant.

Diese berücksichtigen den dynamische Aspekt solcher Transportsysteme jedoch nicht ausreichend. Stattdessen werden pauschale Sicherheitsfaktoren aufgeschlagen.

Erschwerend kommt hinzu, dass FTS hochkomplex sind, was die Aussagekraft statischer Auslegungsmethoden stark einschränkt. Für die Planung von FTS sind zunehmend modernere und vor allem flexiblere Tools gefragt. Dafür eignet sich eine leistungsstarke 3D-Simulationsplattform wie Visual Components, die eine schnelle und einfache Simulation von FTS ermöglicht. Aber auch bei der Simulation von FTS gibt es Herausforderungen, die es zu meistern gilt.

Herausforderungen bei der Planung von FTS

Einbeziehen dynamischer Faktoren

Dynamische Faktoren erschweren die Planung von FTS. So können sich die Fahrzeuge beispielsweise nicht ungehindert frei durch die Fabrikhalle bewegen. Immer wieder müssen Sie bei Begegnungen mit anderen AGVs und anderen Ressourcen warten oder mit reduzierter Geschwindigkeit fahren. Engstellen und Kreuzungen, Hallentore und Aufzüge führen beim Einsatz mit vielen Fahrzeugen zu erheblichen Verzögerungen bis hin zu Deadlocks.

Die Akkukapazität eines Fahrzeugs stellt einen weiteren dynamischen Faktor dar. Ist ein Ladevorgang erforderlich, kann das AGV für einen längeren Zeitraum nicht für Transportaufgaben genutzt werden. Durch zwischenzeitliche Ladevorgängen in Phasen geringer Auslastung lässt sich jedoch schwer abschätzen, wann ein Fahrzeug tatsächlich laden muss.

Auch die Transportaufträge selbst stellen einen Unsicherheitsfaktor dar. Selten ist eine gleichmäßig verteilte Aufgabenlast eine realistische Annahme. Auch Fahrzeugausfälle und andere Störfaktoren können und sollten in eine Simulation einbezogen werden.

Strategische Fragestellungen

Zudem haben zahlreiche strategische Entscheidungen Einfluss auf die Auslegung von AGV-Systemen:

• Ist es besser die Fahrzeugflotte zentral zu verwalten oder für die Zuordnung von Aufgaben in Cluster zu unterteilen?
• Wie lassen sich die verfügbaren Jobs optimal auf die Fahrzeuge verteilen und in welcher Reihenfolge werden diese abgearbeitet?
• Welche Route ist optimal, um eine Station zu erreichen?

Diese Fragen kann eine Simulation als digitales Experimentierumfeld beantworten.

Berücksichtigung verschiedener Transportkonzepte

Voraussetzung für zuverlässige Aussagen ist eine realistische Abbildung der Fahrzeugsysteme. Eine wesentliche Herausforderung ist dabei die bereits angesprochene Komplexität aber auch deren Vielseitigkeit in der Praxis.

So gibt es verschiedene Fahrzeugkonzepte und hunderte Hersteller von AGV-Systemen weltweit. Mit der DUALIS AGV-Bibliothek bieten wir eine einheitliche Lösung für verschiedenste Transportkonzepte – von AGVs für den Transport einzelner Behälter über Staplerfahrzeuge bis hin zu Routenzügen.

Vorteile einer FTS-Simulation

Mittels Simulation lassen sich die dynamischen Abhängigkeiten bereits bei der Planung der Fahrerlosen Transportsysteme einbeziehen. Verglichen mit einer statischen Auslegung erhalten Anwendende damit eine deutlich bessere Planungssicherheit. Denn eine falsche Dimensionierung kann zu erheblichen Zusatzkosten führen.

Wurden beispielsweise zu wenig Fahrzeuge eingeplant, ist der gewünschte Durchsatz nicht zu erreichen, was in der Regel mit Anlagenstillständen und Produktionsausfällen verbunden ist. Beziehen Sie zu viele Fahrzeuge in Ihr Fertigungskonzept ein, entstehen Mehrkosten im Beschaffungsprozess des Anlagenplaners, wodurch Sie das Projekt im schlechtesten Fall an einen effizienteren Anbieter verlieren können.

Eine Simulation bietet nicht nur eine bessere Datengrundlage für Investitionsentscheidungen. Im digitalen Modell lässt sich ein bestehendes Konzept zudem auf Verbesserungspotential prüfen. Änderungen lassen sich mit geringem Aufwand umsetzen und bezüglich ihrer Wirksamkeit bewerten. Zusätzliche Fahrwege können hinzugefügt, zwischen unidirektionaler oder bidirektionaler Nutzung umgeschaltet oder komplett gesperrt werden.

Virtuelle Inbetriebnahme von FTS

In der Praxis übernimmt eine Flottenmanager-Software die Verwaltung von Fahrzeugen. Eine Simulation lässt sich zusätzlich als digitaler Zwilling dazu einsetzen, eine solche Software im Rahmen einer virtuellen Inbetriebnahme zu validieren. Obwohl dabei überwiegend fertige Softwarelösungen zum Einsatz kommen, müssen auch diese konfiguriert werden. Denn Fehlkonfigurationen und nicht optimale Einstellungen fallen in der Regel nicht direkt bei der Inbetriebnahme eines solchen Systems auf und sind nicht ohne eine detaillierte Untersuchung zu beheben. So kann ein nicht ausreichend geplantes System über einen langen Zeitraum unter einer schlechteren Effizienz auf Kosten des Durchsatzes leiden.

Aber nicht nur Hersteller von AGV-Systemen, die mit einem eigenen Flottenmanager entwickeln, können von einer virtuellen Inbetriebnahme profitieren. Eine Virtuelle Inbetriebnahme auf der Ebene der übergeordneten Steuerung bietet im Vergleich zur stärker verbreiteten Virtuellen Inbetriebnahme für SPS-Steuerungen und Roboterprogramme einen wesentlichen Vorteil. Die Umsetzung eines digitalen Zwillings – bei Bedarf auch mit Umschalten zwischen externer und simulierter Logik – ist mit einem bedeutend geringeren Aufwand verbunden. Diese Möglichkeit lässt sich in eine standardisierte Lösung überführen, da keine einzelnen Aktoren sowie Ein- und Ausgangssignale entsprechend der real umgesetzten SPS- und Robotersteuerung zu implementieren sind.

Voraussetzung für diesen Anwendungsfall sind vorhandene Schnittstellen zwischen der Simulation und in der Praxis verbreiteten Flottenmanagern. Die standardisierte VDA5050 spielt hierbei eine wichtige Rolle. Auch eine Anbindung zu ERP oder MES und anderen in der realen Produktion eingesetzten Steuerungssystemen ist denkbar.

Wie die Virtuelle Inbetriebnahme im Idealfall abläuft und welche Vorteile mit ihr einhergehen, können Sie in unserem Blog-Beitrag nachlesen.

Anforderungen an ein Tool zur FTS-Simulation

Die Anforderungen an eine Simulationssoftware, welche eine einfache und detailgetreue Simulation von FTS ermöglicht, sind hoch. So legen viele potenzielle Anwendenden besonders Wert auf einen hohen Funktionsumfang und eine einfache Bedienbarkeit des Tools. Auch muss der Zeitaufwand für die Umsetzung von Simulationsstudien überschaubar sein. Selbst eine noch so umfangreiche Lösung wird nicht akzeptiert, wenn der Aufwand der Handhabung den erzielten Nutzen übersteigt.

Die Komplexität eines abgebildeten Systems mit einer hohen Nutzbarkeit zu vereinen, stellt die Produktentwicklung vor eine große Aufgabe. Denn dabei gilt es, einem möglichst einfachen, intuitiven und durchgängigen Bedienkonzept eine ebenso große Beachtung zu schenken, wie der Umsetzung der Funktionen selbst. Bei der Entwicklung unserer AGV-Bibliothek haben wir all diese Aspekte berücksichtigt.

Eine zukunftssichere Lösung sollte zudem beständig in Bezug auf Funktionsumfang, Detaillierungsgrad und Bedienbarkeit hinterfragt und kontinuierlich verbessert werden. Wichtig hierfür ist ein enger Kontakt mit zahlreichen Praxispartnern auf Hersteller -, Planer- und Anwenderebene von Fahrzeugsystemen. Daher bieten wir den Anwendenden unserer AGV-Bibliothek die Möglichkeit, ihre Erfahrungen und Anforderungen einzubringen. Damit können Sie aktiv an der Weiterentwicklung teilnehmen und so mit uns gemeinsam die AGV-Simulation noch praxisnaher und effektiver gestalten.

Die Lösung: Visual Components und DUALIS AGV-Bibliothek im Tandem

Nach der Auslegung und Validierung eines Konzepts müssen die gewonnenen Erkenntnisse in die Praxis überführt werden. Um einen durchgängigen Workflow zu ermöglichen, lassen sich vorgenommene Konfigurationen in Visual Components exportieren und für den Aufbau der realen Steuerungssysteme nachnutzen. Mit der 3D-Simulationsplattform Visual Components und unserer AGV-Bibliothek kann die Komplexität der Fahrerlosen Transportsysteme in der Praxis präzise und einfach abgebildet werden. Im Zusammenspiel beider Tools lässt sich der gesamte Materialfluss betrachten. Weitere Ressourcen wie z.B. Werker, Staplerfahrzeuge oder Roboter lassen sich einfach in die Simulation einbinden und mit den simulierten AGV kombinieren.

Dabei lässt sich die AGV-Bibliothek nahtlos in der Standardbibliothek zur Prozessmodellierung von Visual Components integrieren. Mit der AGV-Bibliothek können Verantwortliche die Aufgaben an spezifische Automated Guided Vehicles oder Fahrzeuggruppen einfach und schnell zuweisen. Verglichen mit Standardlösungen stehen den Anwendenden umfangreichere Stellschrauben und Möglichkeiten für die Priorisierung bei Bestimmung des Transportziels, der Ressource und der Arbeitsreihenfolge zur Verfügung. Über manuell definierte Missionen in den Ressourcen lassen sich feste Arbeitsabläufe bis hin zu komplexer Entscheidungslogik definieren.

Die AGV-Bibliothek unterstützt den Transport von Produkten zu mehreren möglichen Zielen (z. B. optionale Puffer, Transport von leeren Warenträgern an einen beliebigen Prozess). Für die Erreichbarkeit dieser Ziele lassen sich die Fahrwege präzise und übersichtlich als Netzwerk verwalten. Um realistischere und kollisionsfreie Simulationen zu ermöglichen, wurden die Algorithmen zur Berechnung der optimalen Fahrstecke und Lösungen für Fahrzeugbegegnungen gegenüber der Standardlösung verbessert.

Auswertung einer FTS-Simulation

Automatisch generierte Excel-Reports mit Auflistungen wichtiger KPIs und geeigneten Visualisierungen stellen eine gute Möglichkeit dar, Simulationen effektiv auszuwerten. Gleichzeitig lassen sie sich für die interne und externe Kommunikation im Rahmen einer Ergebnispräsentation direkt nachnutzen. Stakeholder oder Kunden überblicken damit schnell, welchen Output das Fertigungskonzept mittels Einsatz von AGVs bringt und wie sich intralogistische Prozesse weiter optimieren lassen.

Für einen Vergleich verschiedener Layoutvarianten und Szenarien sollten dem Nutzer die wesentlichen KPIs möglichst einfach zur Verfügung gestellt werden. Wichtige Kennzahlen für die Bewertung sind unter anderem:

• Durchsatz der Anlage
• Auslastung der Fahrzeuge und Maschinen
• Auslastung und Zykluszeiten von Netzwerkverbindungen
• Leerfahrten
• Ladevorgänge

Zur umfassenden Auswertung der erstellten FTS-Simulation ist die DUALIS AGV-Bibliothek kombinierbar mit dem DUALIS Statistik-Modul. Damit erzeugen Sie mit nur einem Klick einen ausführlichen Excel-Report, der Ihnen alle wichtigen Kennzahlen für das gesamte Layout aufführt und visuell ansprechend darstellt. Auch ein Szenariovergleich ist möglich. Damit erkennen Sie schnell, an welchen Stellschrauben Optimierungspotential besteht oder welche Variante am besten funktioniert und Ihnen den größten Output bringt. Zukünftig soll der Variantenvergleich durch einen automatisierten Szenariomanager noch einfacher möglich sein.

Fazit: Herausforderungen und Anforderungen im Einklang

Aufgrund Ihres hohen Optimierungspotentials eignen sich Fahrerlose Transportsysteme besonders für eine Simulation. Dabei gilt es sowohl die Komplexität und Vielseitigkeit dieser Systeme sowie dynamische Faktoren und strategische Fragestellungen bei der Planung zu berücksichtigen. Diese Herausforderungen mit einer hohen Nutzbarkeit eines Tools zur Simulation von FTS zu vereinen, stellt die Produktentwicklung vor eine große Aufgabe. Denn Anwendende wünschen einen hohen Funktionsumfang und Detaillierungsgrad sowie eine einfache Bedienbarkeit. Die DUALIS AGV-Bibliothek für Visual Components berücksichtigt die Herausforderungen an eine einfache und detailgetreue Simulation und bedient gleichzeitig die Anforderungen der Anwendenden.

Sie möchten mehr darüber erfahren, wie Sie die Planung und Auswertung von Fahrerlosen Transportsystemen vereinfachen können? Dann melden Sie sich gleich zur Ihrer persönlichen und kostenfreien Live-Demo an. In nur 90 Minuten stellen wir Ihnen unsere AGV-Bibliothek für Visual Components vor. Gern gehen wir dabei auch auf Ihre ganz individuellen Herausforderungen und Anforderungen ein.