Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Schwarmverhalten autonomer Transportfahrzeuge

Forschungsgegenstand sind höchstflexible, freifahrende, autonome Transportfahrzeuge im innerbetrieblichen Materialfluss. Einsatzszenarien dieser Fahrzeuge sind die Kommissionierung oder der Transport in Produktions-, Lager- und Umschlagszentren.

Eine breite Anwendung der Fahrzeuge und insb. autonomer Fahrzeugschwärme findet bis dato nicht statt, weil adäquate Steuerungsansätze fehlen. Diese Lücke will das Forschungsprojekt schließen und Strategien, analog z. B. zu Verkehrsregeln im Straßenverkehr oder in Anlehnung an Fußgängerströmen entwickeln. Ziel ist die präventive Minimierung der Anzahl von zeitintensiven, transportleistungsmindernden Ausweichvorgängen, die bei Begegnungen zweier Fahrzeuge nötig werden. Die Prämisse besteht in der Unterordnung der Maximierung der Umschlagsleistung einzelner Fahrzeuge der Gesamtleistung des Fahrzeugschwarms.

Den Markt freifahrender, autonomer Fahrzeuge bedienen fast ausschließlich spezialisierte kmU. Diese können aufgrund mangelnder Erfahrung/fehlender Ressourcen der Herausforderung der Entwicklung einer Schwarmsteuerung Ihrer Fahrzeuge nicht gerecht werden – wenngleich die Fahrzeuge einen hohen technischen Entwicklungsstand aufweisen. Die Forschungsergebnisse werden helfen, das Portfolio der kmU zu erweitern und eine Markdurchdringung (ggf. als Systemanbieter) zu ermöglichen. Parallel wird Systembetreibern der Einsatz fahrerloser, autonomer Fahrzeugschwärme überhaupt ermöglicht. Folglich und aufgrund des deutlich niedrigeren Investitionsniveaus der hier betrachteten Transportplattformen im Vergleich zu etablierten fahrerlosen Transportsystemen, wird das Projekt die Einstiegshürde zur Automatisierung und Autonomisierung für kmU senken. Zudem erlauben die Forschungsergebnisse eine korrekte Dimensionierung der Schwarmgröße und damit einen max. Durchsatz, hohe Liefertreue und Flexibilität, einen optimalen Flächennutzungsgrad, sowie geringe Wahrscheinlichkeiten von Deadlocks (nicht auflösbare Konfliktsituation einzelner Fahrzeuge).

Ergebniszusammenfassung:

Das Forschungsprojekt verfolgte insbesondere das Ziel der Entwicklung zentraler Regeln zur präventiven Konfliktvermeidung bei einer Flotte freinavigierender, autonomer Transportfahrzeuge in der Intralogistik. Diese Regeln sollten entweder möglichst generisch sein, oder leicht an unterschiedliche Bedingungen, wie beispielsweise verschiedene Layouts, angepasst werden können.

Nach einer umfassenden Literaturrecherche wurden insgesamt drei grundsätzliche Ansätze entwickelt:

• Das sog. Lane-Konzept, bei dem a priori Vorzugskorridore für ein konkretes Layout erstellt werden und das sowohl Konfliktwahrscheinlichkeit als auch Fahrdistanz minimiert.

• Die Beachtung von dynamischen Hindernissen (anderen Fahrzeugen) bei der globalen Routenplanung in ROS.

• Die Auswahl einer konkreten globalen Route aus einem Pool alternativer Routen mittels Maschinellem Lernen.

Eigens entwickelte Experimentierumgebungen ermöglichten eine Evaluierung der Konzepte anhand von Simulationen und Feldexperimenten. Dabei erwies sich in Vorstudien insbesondere das Lane-Konzept als vorteilhaft und leicht anpassbar an unterschiedlichste Bedingungen, wie z.B. Layout, Flottengröße oder Transportaufkommen. Deshalb wurde der Fokus des Projekts auf eine Ausarbeitung und Evaluierung dieses Konzepts gelegt.

Mit Hilfe des Lane-Konzepts kann zwar kein universell gültiges Regelwerk erstellt werden. Allerdings ermöglicht das Konzept die einfache Erstellung von Verhaltensregeln zur globalen Routenplanung, die passgenau für spezifische Gegebenheiten erstellt werden können. Das Projekt liefert somit einen konkreten Vorschlag an die Hand, mit denen die Performanz einer Flotte freinavigierender Transportsysteme in der Intralogistik gesteigert werden kann. Dabei ist das erarbeitete Konzept kombinierbar mit jedem weiteren Ansatz zur lokalen Routenfindung ohne für eine zusätzliche Erhöhung der Problemkomplexität zu sorgen.

Für kmU sind die Ergebnisse sowohl als Anwender, als auch als Systemhersteller relevant.