Automatisierte Auslegung des Wegenetzes für Fahrerlose Transportsysteme

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind in modernen Produktionsanlagen unverzichtbar geworden. Aufgrund der signifikanten Fortschritte im Bereich der FTS und der zunehmenden Automatisierung innerhalb der Produktionsanlagen steigen die Einsatzmöglichkeiten für FTS. Bisher werden die Roadmaps für die Fahrzeuge meist manuell erstellt, was zu langen und aufwändigen Planungsphasen führt. Diese Arbeit untersucht, wie das Wissen der Systemplaner in einen wegweisenden Algorithmus integriert werden kann, um menschliche Logik mit mathematischer Optimierung zu kombinieren und so Roadmaps für FTS zu erstellen, die effizient und anwendbar sind.

Die Kombination von mathematischer und menschlicher Planung wurde durch die Kombination eines unscharfen Inferenzsystems mit einem traditionellen Pfadfindungsalgorithmus - dem A*-Algorithmus - erreicht. Das Fuzzy-Inferenzsystem speichert das Wissen der Systemplaner in Form von Fuzzy-Regeln und die Ausgabe der Regeln hat direkten Einfluss auf die Wegplanung des A*-Algorithmus.

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Dieser Beitrag beschreibt eine Methode zur automatisierten Erstellung von Wegenetzen für Fahrerlose Transportsysteme. Zurzeit erfolgt die Erstellung von Wegenetzen hauptsächlich manuell. Dies führt zu einer langen und arbeitsintensiven Planungsphase. Die vorgeschlagene Methode in diesem Paper verbindet die Vorteile mathematischer Wegfindung mit den Vorteilen der menschlichen Planung. Das menschliche Expertenwissen wird hierzu in einem Fuzzy Inferenz System gespeichert. Die Ergebnisse des Expertensystems werden sowohl mit dem A* Algorithmus, als auch mit manuell erstellen Wegenetzen unter realen Bedingungen verglichen. In beiden Fällen liefert das entwickelte Expertensystem bessere Ergebnisse.

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Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind aus modernen Produktionsanlagen kaum mehr wegzudenken. Sie sind in der Lage, automatisiert Teile des Materialflusses zu übernehmen. Durch Fortschritte im Bereich des Lasthandlings, des Fahrverhaltens der fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF) und der generellen gesteigerten Automatisierung innerhalb von Produktionsanlagen, steigt auch die mögliche Einsatzfläche für FTF. Die Auslegung des Wegenetzes für Fahrerlose Transportsysteme (FTS) ist ein zeitaufwändiger Prozess, der zurzeit größtenteils manuell vollzogen wird. Durch den zunehmenden Komplexitätsgrad der FTS wird eine manuelle Planung des Wegenetzes immer schwieriger und herausfordernder. Im Zuge des Forschungsprojektes „Automatisierte Auslegung des Wegenetzes für fahrerlose Transportsysteme“ (IG 18007) wurde ein Softwaredemonstrator entwickelt, der es ermöglicht, automatisiert Wegenetze für FTS zu erstellen. Der Softwaredemonstrator wurde auf realen Referenzszenarien verwendet und es konnte gezeigt werden, dass die automatisiert erstellten Wegenetze genauso belastungsfähig sind wie manuell erstellte und in manchen Fällen sogar effizienter.

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Wegenetze für fahrerlose Transportsysteme (FTS) werden bisher meist manuell generiert. Denn Algorithmen geben häufig Ergebnisse aus, die zwar mathematisch optimiert sind, sich aber nicht auf reale Produktionsumgebungen anwenden lassen. Dieses Paper stellt eine Lösung vor: Ein Expertensystem, das klassische Wegfindungsalgorithmen mit einem Fuzzy-System kombiniert und somit das Expertenwissen von menschlichen Wegenetzplanern einfließen lässt. Ergebnisse, die die Effizienz dieser Lösung zeigen, werden in diesem Paper ebenfalls veröffentlicht.

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Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind in modernen Produktionsanlagen mittlerweile fest etabliert. Einmal installiert, übernehmen die Fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF) automatisiert Aufgaben im Betrieb und sorgen für einen effizienten Produktionsfluss. Die Auslegung des FTS bedeutet beim jetzigen Stand der Technik allerdings immer noch einen enormen Planungsaufwand und damit hohe Kosten. Neben der richtigen Auswahl der Fahrzeuge und des Leitsystems ist vor allem die Planung des Wegenetzes für die Fahrzeuge sehr zeitintensiv und wird fast ausschließlich manuell von erfahrenen Systemplanern durchgeführt. Ziel dieses Projekts ist es, effiziente und anwendbare Wegenetze für FTS zu erstellen. Die Planungsphase der Wegenetze soll dabei von mehreren Wochen auf wenige Stunden reduziert werden. Angestrebt wird somit eine ressourceneffiziente und standardisierte Planung.

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Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind in modernen Produktionsanlagen mittlerweile fest etabliert. Die Auslegung des FTS bedeutet im jetzigen Stand der Technik allerdings immer noch einen enormen Planungsaufwand und damit hohe Kosten, da sehr unterschiedliche Ziele (z. B. kurze Wege, Kollisionsvermeidung, Maximierung des Freiraums, Berücksichtigung des Personenverkehrs) gleichzeitig verfolgt werden müssen. Je nach Anwendungsfall werden den unterschiedlichen Optimierungszielen verschiedene Prioritäten zugeordnet. Die Gewichtung dieser Ziele ist stark von der Einschätzung eines Experten abhängig. Automatisierte Ansätze in Form von Algorithmen liefern Ergebnisse die mathematisch korrekt, in der Realität aber nicht direkt anwendbar sind. Dieser Beitrag präsentiert ein Expertensystem, das automatisiert Wegenetze für FTS auslegt. Ziel ist dabei, Wegenetze zu erstellen, die sowohl effizient als auch praktisch anwendbar sind. Hierzu werden klassische Wegenetzalgorithmen (Lee und A*), die mathematisch effiziente Wegenetze erstellen können, mit menschlichem Expertenwissen in Form einer Fuzzy Logik verknüpft. Die Ergebnisse des Expertensystems werden anhand verschiedener Layouts angewendet und evaluiert.

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Wegenetzalgorithmen werden erfolgreich verwendet, um den optimalen Weg zwischen zwei Orten zu finden. Gute Ergebnisse werden in Szenarien erzielt, in denen die gesamte Umgebung mathematisch beschrieben werden kann. Produktionsumgebungen, in denen fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) verwendet werden, gehören nicht dazu. Wegenetzalgorithmen finden Lösungen, die zwar mathematisch korrekt sind, aber menschliche Entscheidungskompetenz missen, die Lösungen verwerfen würde, die nicht auf ein reales Produktionslayout anwendbar sind. In diesem Artikel wird ein hybrider Algorithmus präsentiert, der aus einem A* Algorithmus und einem Fuzzy Logik Controller besteht, um einen fuzzy-unterstützen A* Algorithmus (FEA*) zu generieren, der effiziente und anwendbare Wegenetze für FTF erstellt. Erste Ergebnisse werden gezeigt.

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Die Auslegung von Wegenetzen für fahrerlose Transportsysteme (FTS) ist ein sehr aufwändiger Prozess, der in großen Teilen auf den Erfahrungen von Systemplanern beruht. Bis jetzt war es nicht möglich, diese Erfahrung in einer Form zu speichern, die eine automatisierte Auslegung von Wegenetzen ermöglicht. Zurzeit wird an einer Einbindung des Wissens der Systemplaner in ein Expertensystem gearbeitet, so dass in Zukunft die Auslegung von Wegenetzen für FTS automatisiert ablaufen kann. In Form einer Fuzzylogik wird das Wissen in einem Regelwerk gespeichert und für die Steuerung des Planungsvorgangs genutzt.

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Die Auslegung von Wegenetzen für fahrerlose Transportsysteme (FTS) im Bereich der Logistik wird durch die häufig wandelnden Produktionsumgebungen immer komplexer. Hintergründe hierfür sind nicht nur die kürzeren Lebenszyklen der Produkte sondern auch der Fortschritt im Bereich fahrerloser Transportfahrzeuge (FTF). Ebenso erweitern sich die Einsatzbereiche der FTF. Bis jetzt findet eine Auslegung des Wegenetzes für FTS auf manuelle Weise statt und ist damit sehr aufwändig und kostenintensiv. Informationen aus verschiedenen Quellen (z. B. Hallenlayout und Transportmatrix) müssen zusammengeführt und anschließend analysiert werden. Eine Vereinfachung bietet hier die Auslagerung des Expertenwissens der Systemplaner in eine Künstliche Intelligenz in Form eines Fuzzy-Regelwerks. Dieses soll in einem Softwaretool realisiert werden und in der Lage sein, automatisiert Wegenetze für FTS auszulegen.

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