Autonome Transportfahrzeuge Sisi und Franz beschleunigen die Intralogistik

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Lange galt die Intralogistik von Sigmatek als nicht wirtschaftlich automatisierbar. Nachdem aber die Mitarbeiter in der Montage mit einem fahrerlosen Transportsystem von Melkus Mechatronic schnell entlastet werden konnten, legte man nach – mit Sisi und Franz.

Die Digitalisierung und Automatisierung der Produktion sind die Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen auf globalisierten Märkten. Zugleich tragen sie wesentlich zur Verfügbarkeit leistbarer Produkte für Konsumierende bei. So auch bei der Sigmatek GmbH & Co KG. Das Unternehmen produziert in Lamprechtshausen bei Salzburg Komponenten für die industrielle Automatisierung. Das eigentümergeführte Familienunternehmen bietet Maschinen- und Anlagenherstellern sowohl Gesamtlösungen als auch äußerst kompakte, modulare Einzelkomponenten mit hoher Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit an.

Dabei deckt Sigmatek als Komplettanbieter von Ablauf-, Bewegungs- und Sicherheitssteuerungen sowie Antrieben und Visualisierungssystemen die gesamte Breite industrieller Automatisierung ab. Ebenso wie die objektorientierte Engineering- und Realtime-Software Lasal entwickelt und produziert Sigmatek mit Ausnahme der Motoren die gesamte Palette der industrietauglichen Elektronikprodukte im eigenen Haus. „Dadurch und dank unserer Flexibilität als mittelständisches Unternehmen können wir uns auf einem Markt mit deutlich größeren Mitbewerbern erfolgreich behaupten“, sagt Sigmatek-Geschäftsführer Alexander Melkus. „Passend zu unserem Geschäftszweck und angesichts der hohen Standortkosten streben wir eine hochgradige Automatisierung unserer Produktion an.“

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Intralogistik bindet Arbeitskräfte

Die Intralogistik galt lange Zeit als nicht wirtschaftlich automatisierbar. Das mussten die Produktionsmitarbeitenden selbst durchführen und dazu ihre eigentliche Tätigkeit unterbrechen.

„Das war nicht nur keine adäquate Beschäftigung für unser qualifiziertes Personal, das ohnedies nicht leicht zu finden ist“, weiß Gerald Haas, Sigmateks Vice President Operations. „Wenn diese Fachkräfte wertvolle Zeit mit unproduktiven Nebentätigkeiten wie dem innerbetrieblichen Warentransport verbringen, ist das auch eine gewaltige Einschränkung der Produktivität.“ Das ließ den Wunsch nach einem hauptzeitparallelen, automatisierten Transport mit fahrerlosen Transportsystemen reifen. Als erster Schritt sollte der Transport fertig assemblierter Steuerungs-Systembaugruppen von den Montagezellen ins Fertigwarenlager oder bei Bedarf an einen Arbeitsplatz der Qualitätssicherung automatisiert werden.

Die Transportwege können rund 100 Meter betragen. Zudem sind die insgesamt neun Stationen über zwei Stockwerke verteilt. Deshalb müssen die Fahrzeuge mit einem Aufzug das Stockwerk wechseln.

Hauptzeitparalleler Transport

Um die bestehende Mannschaft zu entlasten, startete Sigmatek daher ein Pilotprojekt mit einem fahrerlosen Transportsystem (FTS) mit zwei Fahrzeugen für den Transport von Euroboxen im Montagebereich. Aus der Evaluierung verschiedener Hersteller fahrerloser Transportsysteme ging Melkus Mechatronic als Sieger hervor.

Zu den Auswahlkriterien zählten nicht nur die zu erwartende hohe Servicequalität durch die geografische Nähe. Neben der langjährigen Erfahrung des Herstellers überzeugten Sigmatek die kompakten, wendigen Fahrzeuge des Typs Melkus Q40. Die nur 400 mm × 400 mm großen AGVs (AGV=automated guided vehicle) benötigen dank der von Sigmatek entwickelten SLAM-Navigation (Simultaneous Localization and Mapping) keine installierten Navigationspunkte. Sie können – auch unter der feststehenden Last – auf der Stelle drehen und daher auch in extrem beengten Verhältnissen verkehren und lassen sich ohne Kraftaufwand wegschieben, sodass der befahrene Gang seine Funktion als Fluchtweg nicht verliert.

Mit einer von Sigmatek selbst entwickelten mechatronischen Einheit ist es gelungen, die Stockwerk-Anwahl der Lastenlifte zu automatisieren, ohne in die lifteigene Steuerung einzugreifen. Damit kann das FTS den Lift nun autonom ansteuern. Das Erteilen der Fahraufträge erfolgt über Bedienterminals an den Übergabestationen.

Bereits dieser erste Automatisierungsschritt brachte einen deutlichen Produktivitätsgewinn. Das fahrerlose Transportsystem erledigt pro Tag mehr als 50 Fahrten. „Das spielt unsere Produktionsmitarbeitenden für ihre eigentlichen Aufgaben frei und hilft ihnen, die Konzentration nicht zu verlieren“, sagt Haas. „So können mehrere Personenstunden täglich direkt in die Produktion fließen.“

Speziell für die Elektronikfertigung

Nach diesem Erfolg wünschte sich Sigmatek, auch die Be- und Entladung der SMT-Linien (SMT=Surface Mount Technology) mit Leiterplatten-Magazinen und Euroboxen per FTS zu automatisieren. Hier sollten die Fahrten durch Verbindung zur ERP-Software bedarfsgerecht angestoßen werden. Zudem sollte die Materialübergabe nicht manuell erfolgen, sondern die Fahrzeuge sollten die leeren Leiterplatten auftragsgesteuert abliefern und die fertigen Elektronikbaugruppen abholen. Dabei müssen die Fahrzeuge ESD-konform ausgeführt sein, um die empfindlichen Elektronikbaugruppen nicht durch elektrostatische Aufladung zu beschädigen.

In nur sechs Monaten entwickelte Melkus Mechatronic in enger Zusammenarbeit mit Sigmatek den Melkus Rack Stacker BLS4060. „Mit diesem dynamischen Klein-AGV schufen wir nicht eine kundenspezifische Sonderlösung, sondern ein Serienprodukt“, betont Ing. David Barth, Leiter Konstruktion und Entwicklung bei Melkus Mechatronic. „Es erfüllt die Anforderungen, die wir überall in der Elektronikfertigung oder Feinmechanik antreffen.“

Agil in engen Gängen

Der Melkus Rack Stacker BLS4060 eignet sich für den Transport und das Handling aller gängigen Leiterplattenmagazine ebenso wie der klassischen Euroboxen bis zum Format 400 mm × 600 mm. Die kurze Entwicklungszeit war dank dem konsequent modularen Aufbau aller Fahrzeuge von Melkus Mechatronic möglich. Er entstand auf Basis des kompakten Plattform-AGVs Melkus C4060. Die LiFePO4-Akkus ermöglichen eine unterbrechungsfreie Betriebsdauer von bis zu acht Stunden.

Eine mit 719 mm × 676 mm äußerst geringe Grundfläche ermöglicht es dem autonomen Transportfahrzeug, auf engstem Raum zu navigieren. „Die Fahrzeuge müssen sich bei uns die Gänge mit Fußgängern teilen“, weiß Haas. „Da sie sich nach einem Nothalt ohne großen Kraftaufwand wegschieben lassen, bleibt sogar deren Funktion als Fluchtweg erhalten.“

Automatisierte Lastübergabe

Auch bei der Lastübergabe konnten die AGV-Spezialisten auf praxiserprobte Komponenten zurückgreifen. Gänzlich neu ist jedoch das Liftsystem des Melkus Rack Stackers. Es ermöglicht die flexible Übergabe der Transportgüter auf unterschiedlichen Höhen von 320 bis 1.800 mm. Passend zum modularen Konzept von Melkus Mechatronic ist es als mechatronische Einheit mit einer eigenständigen Steuerung versehen. Obwohl am obersten Punkt einer der beiden Lidar-Scanner montiert ist, passt das AGV mit einer Gesamthöhe von 1.950 mm durch jede Standardtür.

Die präzise Übergabe erfolgt beidseitig über ein integriertes Förderbandsystem mit Klemmbacken zum Greifen der Ladungsträger. Da der Melkus Rack Stacker am Stand drehen kann, lässt sich die Lastübergabe auch unter beengten Platzverhältnissen effizient umsetzen. Ein integrierter RFID-Scanner ermöglicht das automatische Identifizieren der Behälter.

Wie alle AGVs von Melkus Mechatronic nutzen die BLS4060 Automatisierungstechnik von Sigmatek. Das beschränkt sich nicht auf die CPUs, Displays und Elektronikmodule, sondern betrifft auch die Navigationssoftware. Sie fahren mit SLAM-Navigation unter der Regie des smarten Traffic Control System TCS – beides Entwicklungen von Sigmatek. Dieses ist mit der ERP-Software und der Lagerverwaltung verbunden. So kann es Daten aus der Materialwirtschaft in Fahraufträge übersetzen. „Um die zusätzlichen Funktionalitäten der Melkus Rack Stacker nutzen zu können, haben wir das TCS erweitert“, erklärt der für die Entwicklung von Sigmatek TCS verantwortliche Sigmatek-Applikationsingenieur Gerhard Veldman. „Es berücksichtigt nunmehr die Höhenlage des Lagerortes und einen Versatz in allen Richtungen. So entstand TCS 3D.“

Höchste Akzeptanz für Sisi und Franz

Noch hat die Installation bei Sigmatek nicht den Endausbau erreicht. Dazu sind an den Übergabestellen noch weitere Investitionen erforderlich. Dennoch zeigt sich der Nutzen bereits deutlich. Aktuell gelangen die richtigen Racks auf Basis der Aufträge aus dem ERP-System automatisch zu den SMT-Linien und von dort direkt zum richtigen Lagerplatz oder zu einem Inspektionsarbeitsplatz. „Das entlastet nicht nur unsere Mitarbeitenden von ungeliebten Nebentätigkeiten, sondern hilft auch, Fehler zu vermeiden“, stellt Haas fest. „Darüber hinaus hat der Entfall des bisherigen Zwischenlagers in der Produktionshalle die Arbeitsplatzqualität verbessert und die Möglichkeit zur Erweiterung von bisher zwei auf drei SMT-Linien geschaffen.“

Unter den betroffenen Mitarbeitenden herrscht eine hohe Akzeptanz, denn Sigmatek hat sie von vornherein in das Projekt einbezogen, um sie für diese zukunftsgerichtete Technik zu begeistern. Bereits von den Melkus Q40 kannten sie die Zuverlässigkeit der AGVs. Zur besseren Integration der Melkus Rack Stacker erhielten die Fahrzeuge nach einem internen Wettbewerb die Namen des früheren Kaiserpaars Sisi und Franz. So wurde das neue Robotik-Duo nicht nur ein Teil der Sigmatek-Intralogistik, sondern auch ein wertvoller Teil des Teams.

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