Ein intelligenter Transportroboter von Kuka im Einsatz bei BMW

Intelligente Intralogistik: Durch Künstliche Intelligenz gesteuerte Fahrerlose Transportfahrzeuge von Kuka sorgen bei BMW für den flexiblen Materialfluss. - Bild: Kuka Group

Die Intralogistik entwickelt sich in großen Schritten weiter. So integrierte Kuka bei BMW ein smartes FTF für den Karosseriebau, das via Künstlicher Intelligenz gesteuert wird. Ein Vorteil: Durch die Flexibilisierung des Materialflusses kann die Effizienz in der Automobilproduktion deulich gesteigert werden. Dennoch gründet der Autobauer ein Unternehmen, das Transportroboter und Steuerungssoftware für Logistiklösungen anbietet - auf Basis der von BMW selbst entwickelten Smart Transport Roboter, die bereits in den eigenen Werken im Einsatz sind. Doch der Reihe nach.

Die bei BMW verwendeten fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF) steuert die Leitsteuerung Kuka AIVI mittels künstlicher Intelligenz und sorgt für den optimalen Materialfluss zur Produktionslinie und gleichzeitig für die perfekte Auslastung der FTF. 16 weitere KMP 1500 werden künftig bei BMW für den flexiblen Materialfluss einer zusätzlichen Produktionslinie sorgen.

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FTF in der Intralogistik technisch immer ausgereifter

"Dabei hört es sich gar nicht so kompliziert an, die Komponenten an den richtigen Ort in der Produktion zu bringen – ist es aber mittlerweile. Denn früher war die Produktion sehr linear und es gab wenige Varianten. Heute ist das anders, denn es gibt viele Varianten, Derivate und sehr viele Konfigurationsmöglichkeiten. Das führt zu einer hohen Prognoseunsicherheit und zu einer hohen Komplexität in der Produktion. Der konventionelle, starre Materialfluss erfüllt die Anforderungen unserer Kunden an die Produktion nicht mehr. Wir brauchen mehr Flexibilität", erläutert Michael Jürgens, Head of AGV Solutions bei Kuka.

So würden üblicherweise für den Sommer mehr Cabrios bestellt als für den Winter, was dazu führe, dass das Produktionsequipment, das für die Cabrio-Fertigung vorgesehen ist, über den Jahresverlauf hinweg ungleichmäßig ausgelastet ist. "Die Lösung für dieses Problem sind sogenannte produktneutrale Zellen. Für diese Zellen spielt es keine Rolle, welche Varianz oder welches Derivat man fährt. Wir steuern diese Zellen flexibel je nach Auslastung an", beschreibt Jürgens.

So ließen sich Vorteile generieren - sowohl durch die Nivellierung der Auslastung als auch die Erhöhung der Auslastung des Anlagenequipments. "Durch die Flexibilisierung des Materialflusses können wir zur Effizienzsteigerung in der Automobilproduktion beitragen", freut sich Jürgens.

Warum deutsche Werke intelligente Transportroboter benötigen

Schließlich geht man in der Industrie davon aus, dass bei Neuplanungen von Anlagen und Werken Effizienzsteigerungen von ungefähr 20 Prozent nötig sind, um Standorte in Hochlohnländern wie Deutschland zu erhalten, findet Jürgens. "Genau da setzen wir mit unserer KI-basierten Live-Steuerung AIVI an."

AIVI steuert alle intralogistischen Produktionsprozesse für schnellere Durchlaufzeiten, eine effizientere Supply Chain und damit eine höhere Wirtschaftlichkeit der Produktion. „Dank AIVI, unserer auf künstlicher Intelligenz basierenden Leitsteuerung, konnte die Anzahl der eingesetzten AGVs durch die flexible Steuerung reduziert werden“, erklärt Jürgens die Verbesserung der Prozesse in der Logistik.

Wie fahrerlose Transportsysteme optimal ausgelastet werden

Denn AIVI funktioniere nicht nach dem Schema eines Linienbusses, der zu festen Zeiten feste Routen mit sehr unterschiedlicher Auslastung fahre. Die Antwort darauf sei der Individualverkehr, wenn eben wirklich eine Transportabfrage erfolgt wie bei Uber oder Taxis – nach diesem Prinzip funktioniere auch AIVI. Das heißt, die Auslastung der fahrerlosen Transportfahrzeuge sei sehr hoch.

Dazu ergänzt Jürgens: "Wir sind aber mehr als das reine Uber der Produktion, denn wir sind keine klassische Software-Firma. Was uns ein Alleinstellungsmerkmal bringt ist die Verbindung unserer Kompetenzen im Anlagenbau und in der Software. Denn AIVI ist das zentrale Element und bringt alle Teilnehmer in dem Netzwerk zusammen, aber am Ende geht es ja darum, ein physisches Produkt - ein Auto - mit physischem Equipment - Robotern - herzustellen.

"Das volle Potenzial von FTF kann man unserer Ansicht nur nutzen, wenn man die Schnittstellen zwischen der physischen Welt - also der Mechatronik - und der Software optimal gestaltet", betont Jürgens.

FTF Kuka AIVI: Intelligent vernetzte Produktion bei BMW

Für den Karosseriebau des bayerischen Automobilherstellers steuert AIVI derzeit fünf FTF, die die einzelnen Produktionsstationen mit Bauteilbehältern beliefern sowie leere Behälter wieder abtransportieren. Darüber hinaus interagiert die Software mit anderen (automatisierten) Fahrzeugen, Maschinen und Mitarbeitern und reagiert flexibel und sicher auf die sich ständig ändernden Anforderungen an die Produktion.

Wie Intralogistik die Fertigung zurück nach Deutschland bringt

"Wir sehen uns außerdem gut gerüstet für die Zeit nach der Krise, denn die Effizienzsteigerung, zu der wir beitragen, führt dazu, dass unsere Kunden ihre Produktion wieder näher an die Zielmärkte zurückbringen können – und somit ihre Wertschöpfung krisenresistenter gestalten können", unterstreicht Jürgens.

Eine Einlernphase wie beim Machine Learning gibt es laut Jürgens nicht, sondern lediglich eine Einrichtungsphase. "Schließlich können wir Automobilkunden kein System verkaufen, das sich selbst optimiert, denn er möchte eine Verfügbarkeit haben. Er möchte sicher sein, dass das richtige Material zum richtigen Ort kommt. Ein System aufzusetzen, was man sich dann selbst überlässt, ist gerade für diesen Kundenkreis noch nicht interessant", teilt Jürgens mit.

Michael Jürgens, Head of Kuka AGV Solutions. - Bild: Kuka

Der Schlüssel zum Erfolg: Flexibilisierung industrieller Produktionsprozesse

Schlüsselfaktor für eine wandlungsfähige Produktion ist die Konnektivität industrieller Produktionsprozesse und -komponenten. IIoT und autonome Fördersysteme sind dabei wichtige Treiber, die vollautomatisierte und wandlungsfähige Intralogistikkonzepte ermöglichen. „Unsere intelligenten fahrerlosen Transportsysteme machen die Intralogistik der Produktion vollkommen automatisiert, örtlich flexibel und skalierbar“, sagt Michael Jürgens, Head of Kuka AGV Solutions. Die KMP 1500 liefern so Bauteile für den Fahrzeugvorderbau und -hinterbau, wie Bodenbleche, Motorträger, Heckverkleidungen und Trennwände auf der optimalen Route zur Prozessstation.

Prozesse technisch ausgereift - Anlernen nicht notwendig

Zur Einrichtungspase ergänzt Markus Steppberger, Head of System Development bei Kuka: "Unsere Kunden haben feste und wohldefinierte Prozesse. Wir kennen somit die Regeln, die in solch eine Anlage hinterlegt sind ziemlich genau und können diese über ein Planungsmodell unserem System AIVI mitteilen. Da gibt es im eigentlichen Sinn keine Lernphase, sondern wir legen mit dem Kunden im Vorfeld ein Planungsmodell fest – und somit werden Pläne aus jedem Zustand generiert, den wir schon kennen."

Auch Einsparungen von FTF lassen sich laut Jürgens realisieren. "Die 20-Prozent-Messlatte erreichen wir. Das hängt aber auch von jedem System ab. Bei einem System mit nur einem FTF ist das natürlich nicht zu erreichen. Bei 100 eingesetzten Fahrerlosen Transportsystemen haben wir diese Größenordnung schon erreicht. Da spielen aber durchaus viel mehr Parameter mit rein", erläutert Jürgens.

Doch warum ist Kuka bei BMW zum Zug gekommen, schließlich habe BMW sein eigenes Fahrerlose Transportsystem? "BMW entwickelt zwar FTF, das heißt aber nicht, dass sie diese überall ausnahmslos einsetzen können oder wollen. Denn es gibt immer noch keine Standardisierung für Formfaktoren von FTF oder auch was Antriebsarten oder Navigationsarten angeht, so dass jede Applikation, die von unseren Kunden ausgeschrieben wird, sehr spezifische Anforderungen hat. Für dieses Projekt, das BMW gestartet hat, ist es eben so, dass wir unter allen Interessenten das attraktivste Paket geschnürt haben. Das heißt, mit einem FTF alleine kann man nicht alle Bedarfe bedienen", verdeutlicht Jürgens.

Intralogistik als neues Geschäftsfeld für BMW

Das denkt sich wohl auch die BMW Group, die das Unternehmen Idealworks als hundertprozentige Tochtergesellschaft gegründet hat. Die entwickelt und vertreibt Roboter und Steuerungssoftware für Logistiklösungen. Dabei geht es um die Weiterentwicklung und den Vertrieb des Inhouse entwickelten Smart Transport Robots STR. Ziel ist es, im Bereich Logistik führender Anbieter für autonome Robotiklösungen zu sein. Der Namensbestandteil 'IDEAL' steht dabei für Industry Driven Engineering for Autonomous Logistics

„Mit der Gründung von Idealworks ermöglichen wir ein neues Geschäftsfeld für unsere Logistiklösungen. Unser Innovationsteam hat sich in den vergangenen Jahren intensiv mit der Digitalisierung und Autonomisierung in der Produktionslogistik beschäftigt und einzigartige Lösungen entwickelt. Gerade der STR erfährt große Resonanz und Nachfrage innerhalb und auch außerhalb der BMW Group“, erklärt Milan Nedeljković, Vorstand der BMW AG für Produktion.

„Mit der Idealworks GmbH betreten wir völlig neues Terrain. Bisher entwickelten wir aus dem Blickwinkel der Automobilproduktion und seiner Logistik,“ schildert Jimmy Nassif, CTO bei Idealworks. „Nun ändert sich unsere Perspektive. Wir werden zum Anbieter von Logistikrobotik über die Automobilbranche hinaus. Für die kommenden Monate haben wir einige Neuerungen in Vorbereitung.“

Seit 2015 arbeitet das Innovationsteam der BMW Group Logistik an Industrie-4.0-Lösungen im Bereich Virtual Reality, Augmented Reality, In- und Outdoor Logistikroboter, papierlose Logistik und Smart Devices. Viele Lösungen sind an BMW Group Produktionsstandorten bereits im Serienbetrieb.

Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut seit 2015

Der Smart Transport Robot STR entstand 2015 in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IML Dortmund. Die flachen, autonomen und mobilen Roboter transportieren Güter mit bis zu einer Tonne Gewicht und verbringen diese zum Bestimmungsort. Dabei berechnen sie die ideale Route selbstständig und bewegen sich mit dem Navigationsverfahren SLAM (Simultaneous Localisation and Mapping) frei im Raum.

Der SLAM-Algorithmus benötigt keine fest installierten Navigationssender in Gebäuden und ist damit schnell in einer neuen Umgebung ohne strukturelle Anpassungen einsetzbar. Ein integriertes Batteriemodul des BMW i3 versorgt den STR für mindestens eine komplette Arbeitsschicht mit Energie. Ab Ende 2020 wird die nächste Generation des STR ausgerollt. Aktuell sind bereits mehr als 130 STR an mehreren BMW Group Produktionsstandorten im Serieneinsatz.

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Intralogistik: Erfolgreiche Pilotprojekte im non-automotive Bereich

„Seit Oktober führen wir Pilotprojekte bei Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen durch. Die Tests zeigen, wie robust und vielseitig einsetzbar der STR ist“, erläuterte Markus Bauer, COO bei Idealworks. „Der Erfolg der Pilotprojekte und die daraus resultierende Nachfrage nach dem STR waren ausschlaggebend für die Gründung der GmbH. Wir wollen Idealworks langfristig zu einem Top-Player unter den Anbietern von Industrie-Logistikrobotern entwickeln“, so Bauer weiter. Das neue Unternehmen hat seinen Sitz in München. Zur Startphase besteht das Team aus rund 30 Expertinnen und Experten.

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