FTS in der Serienmontage

Ein technischer Systemvergleich

Bei der Auslegung von Montagesystemen gibt es vielfältige Möglichkeiten, die Transporte zu realisieren. Dabei geht es hier um die Aggregate-Montage von Serien, wie z.B. die klassische Motorenmontage in der Automobilindustrie. Artverwandte Montagen in der Automobilindustrie betreffen Zylinderköpfe, Getriebe, Triebsätze, Lenkungen, Achsen, Türen und Cockpits. 

Auch in vielen anderen Branchen gibt es vergleichbare Montagen, wie z.B. in der Elektro-/Elektronikindustrie, im Bereich der weißen und braunen Ware oder im Maschinenbau. 

Welche oder welches Transportsystem zum Einsatz kommt, unterliegt unterschiedlichen Kriterien, die technischer, wirtschaftlicher oder auch (firmen-) philosophischer Natur sind. 

 

Die Anwendungen (A1, A2 und A3)

In solchen Montagebereichen gibt es drei wesentliche Aufgabenstellungen für Transportssysteme.

Da ist zunächst die Hauptmontagelinie, in der das zu montierende Produkt (also z.B. der PKW-Motor) vom Startpunkt der Montage bis zum Endpunkt transportiert werden muss. Zwischen Start- und Endpunkt findet die eigentliche Montage statt (Anwendung A1).

Die zweite Aufgabenstellung betrifft die Kommissionierung der (Anbau-) Teile für die Montage. Da die Typenvielfalt meist zu groß ist, als dass alle notwendigen Teile direkt an der Montagelinie bevorratet werden könnten, werden in einer separaten Kommissionierzone bestimmte Teile typengerecht zusammengestellt. Für den Transport der Kommissionierbehälter, z.B. Warenkörbe ist ebenfalls ein Transportsystem erforderlich (Anwendung A2).

Zu guter Letzt müssen die Kommissionierbehälter von der Kommissionierzone zur Montagelinie transportiert werden. Dieser Transport muss nicht zwangsläufig mit demselben Transportsystem durchgeführt werden, das in der Kommissionierzone verwendet wird (Anwendung A3).

 

Die Transportsysteme

In der Praxis findet man folgende Transportsysteme im Einsatz:

Starres Montageband (SMB): Unter diesem Namen sollen hier unterschiedliche technische Ausführungen verstanden werden, wie die Werkstückträger mit konstantem Vorschub oder getaktet durch die Montage transportiert werden: z.B. mit Kettenförderern, Rollenbahnen oder über eine Welle basierend auf dem Schrägrollenprinzip.

Das klassische Fahrerlose Transportsystem (FTS): Die Transporte übernehmen batteriebetriebene automatische Fahrzeuge, die ohne Fahrer auskommen und entsprechend dem Einsatz sehr unterschiedlich aussehen können. Sie können die Last ziehen, tragen oder schleppen.

Induktives Bodentransportsystem (IBT): Im Gegensatz zum klassischen FTS haben diese Fahrzeuge keine Traktionsbatterie, sondern beziehen die notwendige Antriebsleistung berührungslos induktiv aus zwei Einspeiseleitungen im Boden.

Einschienen-Hängebahn (EHB): Elektrisch einzeln angetriebene Fahrwerke fahren auf einer Schiene, die entweder von der Hallendecke abgehängt oder an aufgeständertem Stahlbau befestigt ist. An den Fahrwerken befinden sich Gehänge, die das Transportgut aufnehmen.

Flurförderzeug (FFZ): Unter diesem Begriff sind die manuellen Einzelfahrzeuge zusammengefasst, also z.B. die Gabelstapler oder Schlepper.

Handwagen (HW): Ein Werker zieht oder schiebt einen Handwagen. 

 

Grundsätzliche Eignung der Transportsysteme für die drei Aufgabenstellungen

Prinzipiell sind alle genannten Transportssysteme für die Aufgabenstellungen einsetzbar. Allerdings führt eine erste Betrachtung der Wirtschaftlichkeit zu folgender Eignungstabelle:

 

A1

A2

A3

SMB

+

O

O

FTS

+

+

+

IBT

+

+

+

EHB

O

O

O

FFZ

-

O

+

HW

-

+

O

Tabelle 1: Eignungstabelle der Fördertechniken für die Aufgabenstellungen in der Montage: Erklärung der Symbole:

Nicht geeignet:   -
Bedingt geeignet:   O
Sehr geeignet:   +

Zur Abwertung führen folgende Gründe:

Die starren Montagebänder (SMB) eignen sich nur für die Montagelinie (A1), weil sie zur Kommissionierung (A2) und für den reinen Transport (A3) zu starr, unflexibel, langsam und teuer sind. Darüber hinaus werden Wege verbaut und Durchgänge versperrt.

Die manuellen Flurförderzeuge (FFZ) machen nur für den reinen Transport (A3) Sinn, da die Personalkosten in der langsamen Montage (A1) und der langwierigen Kommissionierung (A2) zu hoch wären. In der Kommissionierung müsste der Fahrer selbst die Teile picken, was aber angesichts des umständlichen Auf- und Absteigens auf den Fahrersitz wenig sinnvoll erscheint.

Die Handwagen-Lösung (HW) ist nur wirklich geeignet für die Kommissionierung (A2). Falls die Wege von der Kommissionierung zur Montagelinie extrem kurz sind, kommen sie auch für den Transport (A3) in Frage. Da dies aber nur recht selten der Fall ist, sind sie für den Transport nur „bedingt geeignet“ und für die Montage (A1) „nicht geeignet“.

Die EHB nimmt eine Sonderstellung ein. Hier hängt alles von den Platzverhältnissen und der Hallen-/Deckenbeschaffenheit vor Ort ab. Aber in den meisten Fällen wird es flexiblere und kostengünstigere Lösungen geben. Die EHB ist also nur sehr schwer generell mit ihren Konkurrenten vergleichbar und wird deshalb hier nicht weiter betrachtet.

Aus den genannten Gründen werden im Folgenden nur die „sehr geeigneten“ Transportsysteme betrachtet, und das sind:

für die Hauptmontagelinie (A1): SMB, FTS, IBT

für die Kommissionierung (A2): FTS, IBT, HW

für den Transport von der Kommissionierung zur Montagelinie (A3): FTS, IBT, FFZ

 

Technologievergleich FTS / IBT

Für alle drei Aufgabenstellungen sind sowohl die klassischen Fahrerlosen Transportsysteme (FTS) als auch die Induktiven Bodentransportsysteme (IBT) sehr geeignet. Aus diesem Grund werden diese beiden Technologien hier losgelöst von der Aufgabenstellung betrachtet. 

>Das klassische FTS ist in Europa seit Beginn der 60er Jahre bekannt. Es besteht aus einer zentralen Leitsteuerung, einer mehr oder weniger aufwendigen Bodenanlage und einzelnen Fahrerlosen Fahrzeugen (FTF), die ihren Energiebedarf (für Fahr- u. Lenkantriebe, Lasthandling und Steuerung) aus bordeigenen Traktionsbatterien (Akkumulatoren) decken.

Seit den 80er Jahren gibt es Induktive Bodentransportsysteme (IBT), die ohne Batterien auskommen und ihre Energie aus den im Boden verlegten Einspeiseleitungen ziehen. Ursprünglich wurden sie durch eine Nut im Boden gelenkt. Seit wenigen Jahren können diese Systeme auch induktiv geführt werden, was sie gemäß VDI-Richtlinie zu „echten“ FTS werden lässt. 

Beide Systeme haben Vorteile, wenn man sie miteinander vergleicht: 

Vorteile Klassisches FTS

Vorteile IBT

Flexible, freie Navigation möglich

Kostenvorteil: keine Batterien

Einfache Bodenanlage: preiswert und bodenschonend

Anlage ist einfach ein- und ausschaltbar

Komplexere Layouts sind einfach realisierbar

Verschleiß- u. wartungsfreie Energieaufnahme

 

Zur elektrischen und mechanischen Konstruktion des IBT ist zu beachten, dass die Anordnung der relativ großen Pickups (zur induktiven Leistungsaufnahme) so ausgeführt sein muss, dass stets die optimale Lage des Pickups zu den Einspeiseleitungen im Boden gewährleistet ist, da sonst der Wirkungsgrad stark abfällt. Außerdem sind kurzfristige Leistungsspitzen beim Anlauf von elektromechanischen und elektrohydraulischen Aggregaten nur schwer und teuer zu decken, nämlich durch größere oder mehr Pickups als „eigentlich“ erforderlich wäre. 

Klar ist auch, dass die IBT-Fahrzeuge bei Ausfall oder Notaus der Bodenanlage „tot“ sind – sie lassen sich also nicht mehr manuell verfahren und verlieren den Kontakt zur Leitsteuerung. 

Es sind auch Mischformen der beiden Technologien denkbar, so z.B. ein FTS, das an bestimmten Stellen seine Batterie mit der induktiven Stromübertragung auflädt, oder ein IBT, das für bestimmte Layoutbereiche oder Funktionen auch über eine zusätzliche (kleine Stütz-) Batterie verfügt. 

Das Ergebnis dieser Gegenüberstellung zeigt, dass sich FTS und IBT sehr gut ergänzen können. In den wesentlichen Charaktereigenschaften stimmen sie überein. Die Fragestellungen

  • Batterie ja oder nein?
  • Welcher Batterietyp?
  • Welche Batteriegröße?
  • Welche Ladestrategie?

sind zunächst zweitrangig. Ebenso zweitrangig wie die Fragestellungen hinsichtlich der Fahrzeugnavigation, der Sicherheitseinrichtungen, der Datenübertragung und der Leitsteuerung. 

Aufgrund der Vielzahl der „zweitrangigen“ Realisierungsmöglichkeiten stellen FTS und IBT gemeinsam ein überaus flexibel konfigurierbares und einsetzbares Transportsystem dar, das in den folgenden Vergleichen zusammenfassend als FTS ins Rennen geht. Diese Sichtweise findet in der Tatsache Bestätigung, dass die VDI-Richtlinie 2510 „Fahrerlose Transportsysteme (FTS)“ in der brandaktuellen Ausgabe das IBT erstmals als FTS mitbetrachtet.

 

In der Montagelinie (A1): SMB oder FTS ?

Hier hängt zunächst einmal viel vom Layout der Linie ab. Je einfacher das Layout, desto eher eignet sich das SMB. Denn die Realisierung von Verzweigungen, Boxenfertigung und Insellösungen ist nur mit dem FTS einfach möglich und kostet nicht mehr. Das
Layout wird auch anspruchsvoller, wenn es getaktete Bereiche ebenso gibt wie Fließmontage-Bereiche. Komplexe Layouts bedeuten mit dem SMB außerdem extreme Einschränkungen der Zugänglichkeit. Flächen werden verbaut, Wege versperrt, und die Ergonomie der Montage leidet. 

Beschränkt man sich auf das „einfache Oval“, so hat das SMB den Vorteil, einfach konstante Vorschübe einstellen zu können. Die starre Fließmontage braucht kein FTS! Zudem ist die Technik des SMB verglichen mit dem FTS einfacher, und deshalb noch robuster und zuverlässiger. 

Aber häufig ist das „einfache Oval“ lediglich eine unrealistische Wunschvorstellung: Wie sieht z.B. das Prüfkonzept in der Montage aus? Gibt es eine 100 Prozent Prüfung oder wird nur statistisch geprüft. Müssen ab und zu einzelne Werkstückträger doch an separate Prüfplätze? 

Die gleiche Frage stellt sich für die Nacharbeit: Was soll geschehen, wenn Fehler entdeckt werden? Meist macht es keinen Sinn, N.I.O-Werkstücke weiter zu komplettieren, also ungeachtet des Fehlers mit den anderen Werkstücken durchzuschleusen. Man braucht also doch wieder eigene Inseln. 

Das größte Argument für das FTS ist die Layoutflexibilität. Will man während des Betriebs der Anlage das Layout ändern, wird es beim SMB schwierig und teuer. Änderungen an der Linie können auftreten, wenn sich die Montageinhalte ändern (z.B. bei neuen Produkten), weil sich die produzierten Stückzahlen ändern oder weil einfach nach einer gewissen Erfahrung Optimierungen im Ablauf umgesetzt werden sollen. Hier spielt das FTS seine Vorteile aus. 

Neben dem Layout der Montagelinie ist ein weiteres Kriterium von entscheidender Bedeutung: Gibt es Automatik-Stationen in der Linie, die eine hochgenaue Positionierung sowie die Aufnahme von hohen Kräften und Momenten erfordern?
Ein Beispiel für solche Linien ist die Rumpfmontage von Motoren. Für das SMB ist das kein Problem: der Werkstückträger wird durch Absteckungen mit hoher Genauigkeit fixiert. Solche Stationen sind auch mit dem FTS machbar, allerdings mit erheblich höherem Aufwand. Hier kommt es also letztlich auf die Anzahl solcher Automatik-Stationen an! 

Häufig wird der geringere Platzbedarf als Vorteil des SMB gegenüber dem FTS genannt. Dieses Argument ist in sofern richtig, als dass der Platzbedarf der Montagelinie mit dem SMB minimiert werden kann – wenn es sein muss (weil nur eine bestimmte Fläche zur Verfügung steht) oder unbedingt gewollt ist (Firmenphilosophie). 

Doch darf dieses Argument nicht losgelöst betrachtet werden. Je weniger Platz in der Montage zur Verfügung steht, desto weniger zu verbauendes Material kann direkt vor Ort bevorratet werden. Das bedeutet, dass kommissionierte Teile just-in-time ans Band geliefert werden müssen. Das bedeutet wiederum, dass an anderer Stelle eine umfangreiche Kommissionierung aufgebaut werden muss. Der Platzbedarf in Summe, also in Montage und Kommissionierung, wird nahezu gleich sein. Der Platzbedarf für die Transporte von der Kommissionierung zur Montage, bzw. die Mitbenutzung vorhandener Wege ist dabei noch unberücksichtigt. 

Die Tabelle versucht, die angesprochenen Kriterien einfach zusammenzufassen: 

Nr.

Kriterium

Pro SMB

Pro FTS

1

Layoutkomplexität

Niedrig

Hoch

2

„Einfaches Oval“

Ja absolut!

Nein, nicht wirklich!

3

Zugänglichkeit

Nicht wichtig

Wichtig

4

Layoutflexibilität

Linie wird nicht geändert

Änderungen sind wahrscheinlich

5

Automatik-Stationen

Mehrere

Wenige

Tabelle 2: Bewertung der Kriterien in der Montagelinie (A1)

 

Automatisierte Fördertechnik versus manuell bediente Fahrzeuge 

In den beiden nächsten Aufgabenstellungen A2 und A3 geht es um den Vergleich einer manuellen mit einer automatisierten Fördertechnik. Weil es eine Reihe von prinzipiellen Unterschieden gibt, die unabhängig von der speziellen Aufgabenstellung sind, sollen diese Unterschiede vorher dargestellt werden. 

Es sind generell zwei Gruppen von Argumenten, die für die Automatisierung sprechen. Die erste Gruppe dreht sich um die Qualität der T
ransporte. Das FTS verhindert alle Arten von Transportschäden, und zwar sowohl die Schäden am Transportgut als auch die Schäden an den stationären Einrichtungen, wie Ladehilfsmittel, Säulen, Wände, Gestelle, Regale und Tore. 

Letztlich ist das FTS als Organisationsmittel zu betrachten. Es sorgt für optimalen Material- und Informationsfluss und damit für mehr Transparenz. Außerdem kommt es nicht mehr zu Fehllieferungen: die Automatisierung sorgt für absolut zuverlässige Transporte. 

Generell ist es sicherlich so, dass mit der Entwicklung der Computertechnik – und damit verbunden der Steuerungs- und Sensortechnik – der Markt für automatisierte Materialflusssysteme und damit auch für das FTS wächst. Gerade im Hinblick an die Produkt- und Produzentenhaftung, die viele Branchen dazu treibt, jeden einzelnen Prozessschritt ihrer Produktion zu dokumentieren, bedeutet das die Notwendigkeit der Automatisierung. 

Die zweite Gruppe von Argumenten betrifft die ideellen Vorteile des FTS gegenüber manuellen Fördertechniken: Die hochmoderne Logistik signalisiert nach innen und nach außen einen Technologievorsprung und hat damit eine nicht zu unterschätzende Image- und Motivationswirkung. 

 

In der Kommissionierung (A2): FTS oder HW ? 

Aber was bedeutet das für die Kommissionierung? Der vordergründige Vorteil der Handwagen (HW) ist deutlich: Die Investitionen und
die Betriebskosten sind im Vergleich zum FTS vernachlässigbar. Wem die Leistung des Systems so ausreicht, ist mit der manuellen Variante gut bedient – solange er nicht über den Tellerrand der Kommissionierung hinaussieht! 

Denn die Behälter oder Warenkörbe, die auf dem Handwagen gefüllt worden sind, müssen ja noch irgendwie zur Montagelinie – und das sicherlich nicht durch einen Mitarbeiter, der den Handwagen zieht oder schiebt! 

Das FTS hat in der Kommissionierung weitere Qualitätsvorteile: Es sind Zwangsabläufe programmierbar, es können also feste Kommissionierplätze und Zielpunkte vorgegeben werden. Eine mitlaufende Dokumentation der Vorgänge geschieht ohne Mehraufwand. Außerdem sind nur mit dem FTS gemischt fließende und getaktete Kommissionierbereiche realisierbar. 

 

Für die Transporte (A3): FTS oder FFZ ?

Wenn die Kommissionierbehälter oder Warenkörbe zu den Montagelinien transportiert werden müssen, kommt es zu dem klassischen Wettbewerb zwischen Gabelstapler (oder Schlepper) und den Fahrerlosen Transportfahrzeugen. Neben den o.g. allgemeinen Unterschieden zwischen manueller und automatisierter Fördertechnik konzentriert sich der Vergleich hier auf folgende Punkte: 

Vergleicht man die Kosten der Systeme, und zwar nicht nur die Erst-Investitionen, sondern im Sinne von TCO „Total Cost Of Ownership“, dann relativieren sich die zunächst höheren Investitionen für das FTS durch die niedrigeren Instandhaltungskosten. Die Automatisierungstechnik geht wesentlich schonender mit der Technik um: durch die gleichmäßige und schonende Fahrweise wird der Verschleiß von Reifen, Batterien, Antrieben usw. deutlich reduziert. Außerdem ist es ein offenes Geheimnis, dass die Fahrerlosen Transportfahrzeuge für einen Dauereinsatz von mindestens zehn Jahren konstruiert sind, im Gegensatz zu Lebensdauern von ca. 3-4 Jahren bei Gabelstaplern. 

Um den Wirtschaftlichkeitsvergleich zu vervollständigen, müssen natürlich noch die Personalkosten berücksichtigt werden, die bei den Gabelstaplern und Schleppern maßgeblich ins Gewicht fallen. Im Zweischichtbetrieb muss pro Fahrzeug mit drei Fahrern gerechnet werden, im Dreischichtbetrieb sind es sogar ca. 4,5. Bei jährlichen Vollkosten von ca. 45 t € pro Fahrer gerät jeder vermeintliche Investitionsvorteil der manuellen Systeme ins Wanken. 

Der Vergleich der FFZ mit dem FTS zeigt weitere ideelle Vorteile für das FTS auf: Zum Beispiel in Hinsicht auf die Verfügbarkeit und Kontinuität: Das FTS arbeitet unspektakulär, ohne Unterbrechung und ohne jegliche Hektik. Es arbeitet darüber hinaus sicher und unfallfrei. Es schafft Ordnung und Sauberkeit; der Stress wird reduziert, und es entsteht eine angenehme Umgebungsatmosphäre. 

 

Zusammenführung der Ergebnisse

Das FTS ist eine ernst zu nehmende Alternative für alle drei hier behandelten Aufgabenstellungen. Da Serienmontagen üblicherweise nicht für eine kurze Zeit, sondern für mindestens fünf Jahre ausgelegt sind (natürlich mit regelmäßigen Layout-Anpassungen), spricht vieles wegen der niedrigen Betriebskosten und dem geringen Aufwand bei Änderungen für das FTS.

Und zwar durchgängig für alle drei Aufgabenstellungen.
Das FTS in der Montage, in der Kommissionierung und für den Transport dazwischen – die durchgängige Variante ohne Wechsel des Transportsystems! 

Und: Warum sollte man Anbauteile in einen Warenkorb, auf ein Tablett oder Regal legen, nur damit es kurze Zeit später wieder aufgenommen und an das Werkstück montiert wird. Nach MTM-Gesichtspunkten ein Unding! Besser ist es, das Werkstück auf dem FTS durch die Kommissionierung zu schicken und bereits dort Vormontagen durchzuführen: Komplizierte Anbauteile werden nicht aufwendig neben dem Werkstück abgelegt, sondern bereits an das Werkstück fixiert, so dass die klassische Aufteilung Montage und Kommissionierung aufgebrochen wird. 

Ja, das FTS benötigt in der Montage mehr Platz als das SMB; aber unter Berücksichtigung des Platzbedarfes in der Kommissionierung gelingt bei ganzheitlicher Planung mit dem FTS eine ganzheitlich verbesserte Lösung!

Mit einer Zusatzoption, die nur das FTS bietet: Die Planung mit ihren umfangreichen MTM-Analysen stößt im Alltag auf ihre Grenzen. Sind FTS-Montagelinien bereits mit entsprechenden Insellösungen oder Wechselarbeitsplätzen geplant, können vor Ort die Meister, Vorarbeiter und Mitarbeiter ohne großen Aufwand ihre eigenen Optimierungen durchführen. Damit wird die Eigenverantwortung der Montage-Mitarbeiter erhöht und die Motivation gesteigert – alles im Sinne der ständigen Produktivitätsverbesserung.

Kontakt und weitere Informationen unter

info@forum-fts.de
c  +49 2855 3037945

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