Die Pfadfinder-Truppe

Stephan Gspandl lebt seinen Traum. Der Geschäftsführer der Incubed IT GmbH mit Sitz im österreichischen Hart bei Graz gehört zu den wenigen Menschen, die ihr Hobby zum Beruf gemacht haben und jeden Tag ihre Leidenschaft ausleben können. Die Robotik prägte von Anfang an die Karriere des Jung-Unternehmers. Schon an der Uni war er zusammen mit anderen Kommilitonen in der Robocup-Szene unterwegs. Engagierte Teamarbeit und viele Wettkämpfe im In- und Ausland sind die Basis für seinen Erfolg. Irgendwann war die Zeit reif, die vielen Erfahrungen aus der Roboter-Programmierung in ein industrielles Produkt einfließen zu lassen.

Das Kernprodukt der Österreicher sind die so genannten Smart-Shuttles, intelligente Transportroboter für den Einsatz im Lager oder in der Produktion. Wenn man die Modelle in Aktion sieht, denkt man spontan an fahrerlose Transportsysteme. Doch dieser erste Eindruck schwindet schnell, denn die Fahrzeuge folgen keiner festen Spur, die durch eine Induktionsschleife im Boden vorgegeben ist. Man sucht auch vergeblich nach speziellen Reflektoren an den Wänden, an denen sich die Shuttles per Laserstrahl orientieren. Nichts dergleichen. Die Vehikel der Österreicher sind auch mit einem Laser ausgestattet, aber der tastet lediglich die Umgebung in einer Höhe von etwa 5 cm über dem Boden ab. Bauliche Veränderungen in der Halle sind dafür nicht notwendig.

Noch etwas fällt auf, wenn man die Transportroboter in Aktion erlebt. Sie bewegen sich flüssig und dynamisch. Wenn sie mit ihrem Laserauge ein Hindernis identifizieren, dann weichen sie in einem eleganten Bogen aus. Keine abrupten Bremsaktionen oder nervöse Richtungsänderungen stören die effiziente Fahrt zum Zielpunkt. Im Vergleich zu den tumben fahrerlosen Transportsystemen sind die Smart-Shuttles wahre Bewegungstalente. Die dafür notwendige Intelligenz steckt unter der Haube des Transportroboters. Hier sitzt das Gehirn, der so genannte Steuerungskern, ein Industrie-PC, auf dem die Software von Incubed läuft. In den Routinen steckt das geballte Know-how von Spezialisten, die sich erst dem Robocup und später der Roboterprogrammierung verschrieben haben.

„Das Besondere an unseren Fahrzeugen ist, dass sie frei navigieren können“, sagt Geschäftsführer Stephan Gspandl. „Ohne zusätzliche Orientierungshilfen wie Reflektoren oder Leitlinien weiß jeder unserer Smart-Shuttles genau, wo er sich befindet und kann von diesem Punkt aus immer den optimalen Pfad zu seinem Ziel wählen.“ Dabei orientieren sich die Fahrzeuge an einer intern gespeicherten Karte, die bei einer einmaligen Referenzfahrt durch die Halle automatisch aufgezeichnet wird. Die ausgeklügelten Software-Routinen machen die Shuttles ziemlich schlau. Dennoch behält der Anwender stets die Kontrolle. Er kann zum Beispiel verbotene Areale im System hinterlegen, in denen die Fahrzeuge grundsätzlich nichts verloren haben. Für den Fall, dass sich mehrere Fahrzeuge oft an einer zentralen Kreuzung in der Halle begegnen, kann er einen Kreisverkehr mit den üblichen Regeln definieren. Auch Einbahnstraßen und vorgeschriebener Rechtsverkehr in einem langen Gang lassen sich ohne großen Aufwand festlegen. „Bei solchen Verkehrsregeln bekommen wir immer wieder Anregungen von unseren Kunden“, verrät Gspandl. „Wir lernen gerne dazu.“ Der Incubed-Chef will vermeiden, dass sich der Anwender dem System ausgeliefert fühlt: „Der Nutzer kann dem Shuttle jederzeit dreinreden und kontrollierend eingreifen.“

Der Markt für autonom agierende Transportroboter kommt so langsam in Bewegung. Die Anbieter kann man derzeit noch an einer Hand abzählen. Die Technik allerdings hat sich inzwischen herumgesprochen. Vorbei sind die Zeiten, als Gspandl und seine Mannen noch durch die Lande ziehen und trommeln mussten, um potenzielle Kunden von seinem Produkt zu überzeugen. Inzwischen kommen die Firmen auch auf ihn zu und zeigen Interesse an den intelligenten Fahrzeugen.

Zum Kundenkreis von Incubed gehört inzwischen auch Procter & Gamble, kurz P&G. Das Unternehmen ist mit rund 118 000 Mitarbeitern einer der weltweit größten Konsumgüterhersteller. In neun von zehn Haushalten gibt es nach eigenen Angaben mindestens ein Produkt von P&G. Zu den Warenzeichen, hinter denen der Konzern steckt, gehören unter anderem Wella, Pampers, Wick, Braun und seit zehn Jahren auch Gillette. Für 57 Mrd. Dollar haben die Amerikaner die Marke übernommen, die für zig Millionen Menschen untrennbar mit Rasierklingen verbunden ist.

Im traditionsreichen Gillette-Werk in Berlin werden komplette Rasierköpfe gefertigt, so wie sie bei der Nassrasur mit dem Griff aufgenommen werden. Die Köpfe bestehen aus mehreren Klingen und diversen Kunststoff-Komponenten, die mit Spritzgussmaschinen hergestellt und in speziellen Magazinen abgelegt werden. Der interne Materialfluss zwischen den Maschinen im Werk ist hoch. Bevor die ersten fahrerlosen Transportsysteme Einzug hielten war dafür eigens eine Schar von Transportarbeitern angestellt. Die fuhren mit ihren Ameisen und Transportwagen das Material zu den Anlagen, holten dort die Produkte ab und karrten sie ins Lager.

In den neunziger Jahren kamen schließlich die besagten fahrerlosen Transportsysteme und übernahmen zum Teil diese Arbeit. Die Modelle drehen auch heute noch in einigen Bereichen des Werks ihre Runden. Es sind spurgeführte Fahrzeuge, die sich an den Induktionsschleifen im Boden orientieren. Die Technik hat einen gravierenden Nachteil: Hat das führende Fahrzeug ein Problem und bleibt stehen, dann fahren alle weiteren Wagen auf, denn sie können nicht überholen. Neben diesen Vehikeln sind noch Fahrzeuge mit Lasersensoren im Einsatz, die sich an so genannten Reflektoren an den Wänden orientieren. Alles in allem eine Technik, die langsam in die Jahre kommt.

Um die Effizienz im Werk weiter voranzutreiben, setzt P&G seit rund einem Jahr auf die neuen Transportroboter aus Österreich und hat inzwischen mehrere Smart-Shuttles im Einsatz. Die Modelle hat Incubed zusammen mit dem Berliner Integrationspartner Insystems Automation bereitgestellt. „Wir kennen uns im Fahrzeugbau aus und verfügen über Spezialwissen in der Elektrotechnik“, stellt Insystems-Geschäftsführer Torsten Gast klar. „Deswegen kümmern wir uns um die Fahrzeugplattform und das Gehirn liefert Incubed.“

Die Fahrzeuge sind bei Gillette im Dreischicht-Betrieb rund um die Uhr und an sieben Tagen in der Woche unterwegs. Wenn die Eingangstrecke einer Spritzgießmaschine sich langsam leert und Platz für weitere Magazine entsteht, dann meldet dies die Anlage über das MES-System an den Kontrollrechner der Shuttles. Sofort macht sich ein Fahrzeug auf den Weg zu einem Pufferbereich, wo die Leermagazine abgestellt sind, dockt an und übernimmt einen Stapel. Der wird dann zur Maschine gefahren und in der Eingangsstrecke platziert.

Das Ganze funktioniert auch in die andere Richtung. Hat eine Anlage einen Stapel fertig produziert und diesen in der Ausgangsstrecke bereitgestellt, wird wiederum eine Meldung über das MES-System in die „Taxizentrale“ abgesetzt. Ein Shuttle setzt sich in Bewegung, steuert auf direktem Weg die Maschine an und holt die fertigten Produkte ab um sie schließlich auf einer Pufferbahn oder im Hochregallager abzustellen. „An diesen Prozessen ist kein Mensch mehr beteiligt“, weiß Jan Stefan Zernickel, Projektleiter bei Insystems. „Und es funktioniert. Es kam noch nie vor, dass ein falsches Produkt an die Maschine geliefert wurde.“ Als in dem Werk noch die Transportarbeiter unterwegs waren und die Maschinen versorgten, waren die Abläufe nicht so zuverlässig. „Das muss man leider so festhalten“, sagt Zernickel.

An vielen Maschinen und Förderbändern müssen die Shuttles mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit andocken. Dafür haben die Berliner Sondermaschinenbauer eine spezielle Andockstation entwickelt, die aus zwei Metallplatten besteht. Diese sind am Boden wie zwei Schenkel eines Dreiecks angeordnet. Beim Andocken wird die Spitze des Fahrzeugs zur Spitze dieses Dreiecks ausgerichtet. Das kann einen Moment dauern. Dafür liegt die erreichte Genauigkeit am Ende bei einem Zentimeter beziehungsweise einem Grad.

Neben der Andocktechnik kümmert sich Jan Stefan Zernickel auch um die Energieversorgung der Shuttles. Im Einsatz sind Lithiumionen-Akkus mit acht Zellen. Bei den Heavy-Load-Fahrzeugen, die maximal ein Gewicht von 200 kg aufnehmen können, kommen die Berliner auf ein Ladungsverhältnis von 1 zu 4: Eine Stunde Ladezeit reicht für vier Stunden Einsatz. „Bei anderen Plattformen, die nicht so viel tragen müssen, können wir effizientere Motoren einsetzen und erreichen eine bessere Relation“, versichert Zernickel. „Dann reicht ein voller Akku für eine komplette Schicht.“

Bei den Fahrzeugplattformen setzt Torsten Gast auf robuste und zuverlässige Komponenten. „Alles andere ist für diesen harten Dauereinsatz nicht akzeptabel“, schwört der Insystems-Chef. So reicht es derzeit völlig aus, die Shuttles alle sechs Monate zu warten. „Was wir nach einem halben Jahr grundsätzlich austauschen sind die Conveyor-Bänder“, ergänzt Zernickel. „Das sind die Bänder der Fördertechnik, die auf dem Fahrzeug aufgesetzt ist und mit der die Lasten aufgenommen werden.“ Außerdem werfen die Berliner einen Blick auf die Räder. – obwohl es da kaum eine Abnutzung gibt.

Im Berliner Werk sind die Shuttles höchstens mit 1,2 m/s unterwegs, obwohl theoretisch 2 m/s möglich sind. Insystems hat die maximale Geschwindigkeit so eingestellt, weil es sonst für die Werker unangenehm wird. Schließlich müssen sich Mensch und Maschine die Gänge bei Gillette teilen. „Wir haben am Anfang ausgelotet was geht“, erzählt Zernickel. „Man merkt es sofort, wo die Grenzen sind, wann es den Leuten zu viel wird.“ Am Ende geht es darum, dass alle Bewegungen in der Halle harmonisch ablaufen, denn dann ist auch eine maximale Effizienz gegeben. Die Abläufe werden nicht besser, wenn sich die Transportroboter wesentlich schneller bewegen als die Menschen. Ängstliche Ausweichmanöver der Werker würden nur den Verkehrsfluss stören. •

Wie viele Fahrzeuge brauche ich für meine Anwendung? Nun, wenn Sie von den Herren beraten werden, die in dieser Titelgeschichte zu Wort kommen, müssen Sie sich keine Sorgen machen. Die werden Ihnen eine vernünftige Antwort geben. Wie auch immer. Das Prinzip Pi mal Daumen ist jedenfalls nicht angesagt.

Grundsätzlich gilt: Mehr Fahrzeuge bedeuten nicht automatisch eine bessere Versorgung. Bei der Ermittlung der optimalen Zahl an Smart-Shuttles spielen eine ganze Reihe von Faktoren eine Rolle: Wie lang sind die einzelnen Transportwege, die ein Fahrzeug zurücklegt? Wie häufig werden die einzelnen Wege befahren? Welche maximale Geschwindigkeit können die Fahrzeuge erreichen und wie hoch ist der Schnitt? Wie lange sind die Wartezeiten an den Maschinen und Förderbändern? Und nicht vergessen: Am Ende eines Transportweges kann immer nur ein Fahrzeug stehen, nicht zwei. Mit diesen Daten erhält man schließlich eine recht komplexe Matrix, aus der sich das Flottenvolumen ableiten lässt. Projektleiter Stefan Zernickel bringt es auf den Punkt: „Die Sache ist nicht ganz trivial.“ (ub) •

Herr Gspandl, das Kernprodukt ihrer Firma sind autonom navigierende Transportroboter, die Sie Smart-Shuttles nennen. Was ist das Besondere an dem Produkt?

Unsere Fahrzeuge wissen immer genau wo sie sind und können von diesem Punkt aus den optimalen Pfad zum Ziel wählen. Dazu sind keine baulichen Veränderungen in der Halle notwendig wie beispielsweise Reflektoren an Wänden. Unsere Shuttles haben alle eine gemeinsame Karte, sie kennen die Umgebung. Sie haben einen Grundriss von ihrem Einsatzgebiet, in dem sie operieren.

Die Technik gibt es noch nicht so lange. Wie schätzen Sie den Markt ein?

Das Thema mit der völlig freien Navigation ist richtig neu. Der Markt kommt gerade erst in Bewegung. Man könnte sagen, er steckt noch in den Kinderschuhen. Aber vor allem ist es ein Wachstumsmarkt.

Wie viele Anbieter gibt es?

Außer uns würde ich sagen zwei oder drei. Die kann man sich wirklich an einer Hand abzählen. Wir leben sozusagen in einem eigenen Ökosystem.

Klingt ziemlich relaxed.

Wir sehen uns in der Tat in einer Vorreiterrolle. Aber das war nicht immer so. Am Anfang mussten wir richtig Klinken putzen, um das Thema am Markt zu etablieren.

Wer braucht Ihre Transportroboter und warum?

Ein großes Thema ist die Intralogistik. Wenn ich zum Beispiel ein Lager mit Fördertechnik ausstatten will, dann ist das eine hohe Investition. Ich muss ja auch die zukünftige Auslastung meines Lagers im Blick haben. Diese Erstkosten sind mit unseren Shuttles gar nicht notwendig. Ich nehme am Anfang einfach so viele Shuttles, wie ich brauche. Und wenn die Auslastung über die Jahre zunimmt, dann nehme ich einfach ein paar Fahrzeuge dazu, stelle sie hin und schalte sie ein.

Menschen, Paletten oder Kistenstapel sind für Ihre Fahrzeuge kein Problem. Die werden erkannt und elegant umfahren. Aber was passiert, wenn sich die Umgebung gravierend verändert? Ab wann wissen Ihre Shuttles nicht mehr wo sie sind?

Es gibt immer Diskrepanzen zwischen der internen Karte und der Realität. Das meiste stecken die Fahrzeuge weg. Selbst wenn irgendwo ein Kaffeeautomat hinkommt und der da auch bleibt, ist dafür keine Anpassung notwendig. Problematisch wird es, wenn zum Beispiel eine Wand versetzt wird oder eine neue dazu kommt. Dann müssen die Shuttels neu konfiguriert werden. Aber das passiert ja auch nicht jeden Monat. •

Incubed IT wurde 2011 von sieben Absolventen der Technischen Universität Graz gegründet. Mitarbeiter- und Kundenzufriedenheit sind ein zentraler Bestandteil der Firmenkultur. Kernthema des Unternehmens, in dem heute 20 Mitarbeiter beschäftigt sind, ist die autonome und intelligente Robotik. Zur Produktpalette gehören zwei Standardplattformen für den Warentransport. Das ist zum einen der Smart Container Shuttle, der Lasten bis zu 50 kg transportieren kann und eine Höchstgeschwindigkeit von 2 m/s erreicht. Das Modell Smart Pallet Shuttle verkraftet ein Gewicht bis zu 1,3 t und kann dies mit maximal 1,3 m/s bewegen. Das Kernprodukt der Österreicher ist jedoch der so genannte Smart Navigation Core, mit dem sich eine beliebige Fahrzeug-Hardware automatisieren und in ein intelligentes Transport-Shuttle umwandeln lässt. In fünf Projekten wurden bislang rund 50 Fahrzeuge in vier Ausprägungen in Auftrag gegeben. Die erste Installation erfolgte im Sommer 2014 bei einem Kunden in Dänemark. •