07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Systematische Entwicklung und Prototypenrealisierung von neuartigen zukünftigen Generationen fahrerloser Transportfahrzeuge und deren Komponenten für den innerbetrieblichen Transport(Stuttgart : Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart, 2023) Schröppel, Markus; Wehking, Karl-Heinz (Univ.-Prof. (i.R.) Dr.-Ing. Dr. h.c.)Die vorliegende Arbeit berichtet über Forschungen und Entwicklung im Bereich der Fahrerlosen Transportsysteme. Diese sind flurgebundene Fördersysteme mit automatisch gesteuerten Fahrzeugen, deren primäre Aufgabe der Materialtransport in innerbetrieblichen Logistik- und Produktionssystemen ist. Zu Beginn der Arbeit schildert der Verfasser die historische Entwicklung der Fahrerlosen Transportsysteme und beschreibt deren Marktdurchdringung. Heute haben Fahrerlose Transportfahrzeuge in der Logistik einen besonderen Stellenwert, da sie wesentlich zur Automatisierung in allen Gebieten der innerbetrieblichen Logistik im Bereich der Transport und Handhabungsfunktionen beitragen. Um weitere Entwicklungen anzustoßen und damit die Marktdurchdringung weiter zu erhöhen beschäftigt sich die Arbeit im Kern mit verschiedenen systematischen Neuentwicklungen und der dafür notwendigen Forschung im Bereich der Fahrzeuge, Komponenten und Systeme von Fahrerlosen Transportfahrzeugen, vor allem um die Kosten der Systeme deutlich zu senken (z.B. Reduzierung der Fahrzeugkosten von 100.000 bis 150.000€ auf 30.000€ für ein Fahrerloses Transportsystem für den Palettentransport und deren Handhabung). Dies wird an einer Reihe von Beispielen, wie dem automatischen Transport von Kleinladungsträgern (Projekt KaTe), dem sogenannten Doppelkufensystem zum Transport und der Handhabung von Paletten, dem Riegel-FTF zum Transport von Regal- und Warenkorbgestellen, dem Groß-FTF der mobilen Montageinsel für zukünftige nicht getaktete Automobilproduktionen und dem FTF-Scooty als modulare Transportplattform dargestellt. Im Rahmen der Arbeit hat sich gezeigt, dass eine neue Kategorisierung der Fahrzeuge in zukünftig drei Funktionsklassen sinnvoll wäre. Diese drei Funktionsklassen sind: - Monofunktionale FTF Konzipiert um eine konkrete einzelne Aufgabe zu erfüllen, verfügen nicht über komplexe variable Lastaufnahmeeinrichtungen, Sensorik und Navigationstechnik ist auf ein Minimum reduziert - Multifunktionale FTF Können sich z.B. durch variable Lastaufnahmemittel an verschiedene Aufgaben anpassen, verfügen über komplexe Sensorik, Sicherheitstechnik, Navigationstechnik etc. - Modulare FTF Lassen sich in Form eines Baukastensystems individuell gestalten und so an verschiedene Aufgaben anpassen Mit dieser neuen Kategorisierung könnte die alte Definition von Fahrerlosen Transportsystemen der VDI Richtlinie 2510 ersetzt werden. Durch diese Umstrukturierung können zukünftige Entwicklungen Fahrerloser Transportfahrzeuge und damit Transportsysteme zielgerichteter auf verschiedene Anwendungsbereiche funktional angepasst und somit, wie an Beispielen in dieser Arbeit gezeigt, Kosten gesenkt werden. Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf zukünftige Forschungsschwerpunkte zur Weiterentwicklung der Fahrerlosen Transportsysteme.Item Open Access Beitrag zur Ermittlung und Optimierung des Systemverhaltens von Shuttle-Systemen(Stuttgart : Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart, 2021) Kriehn, Thomas; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)In dieser Arbeit wird ein analytisches Modell und ein Simulationsmodell zur Ermittlung des Systemverhaltens von Shuttle-Systemen beschrieben. Zur Optimierung des Systemverhaltens wurden Lagerstrategien entwickelt. Das Optimierungskriterium ist die Maximierung des Durchsatzes. Die Lagerstrategie „Durchsatzbasierte Einlagerung“ ordnet Artikeln und Lagerplätzen aufgrund von Zugriffshäufigkeiten Zonen zu. Die Lagerstrategie „Reihenfolgesortierung der Aufträge“ sortiert die Reihenfolge der Abarbeitung der wartenden Auslageraufträge. Die Lagerstrategie „Lagerreorganisation“ legt umzulagernde Ladeeinheiten und deren neue Lagerplätze fest. Die entwickelten Lagerstrategien wurden mit der Lagerstrategie „Chaotische Einlagerung“ verglichen. Diese Lagerstrategie wählt für einzulagernde Ladeeinheiten einen zufälligen freien Lagerplatz aus. Die Modelle ermöglichen die individuelle Parametrierung von Shuttle-Systemen und ermitteln die Ausgangsgrößen Durchsatz, Spielzeit, Wartezeit, Auslastungsgrad, Warteschlangenlänge und Auftragsdurchlaufzeit. Neuartig ist die Möglichkeit der einstellbaren Verteilung der Wahrscheinlichkeiten der Lagerplätze. Die Modelle können zur Anwendung und Weiterentwicklung von Wissenschaftlern, Planern, Betreibern und Herstellern von Shuttle-Systemen eingesetzt werden.Item Open Access Konzept, Konstruktion und prototypische Umsetzung neuartiger intralogistischer Komponenten für die zukünftige flexible und wandlungsfähige Automobilmontage der Stückzahl eins(Stuttgart : Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart, 2022) Hofmann, Matthias; Wehking, Karl-Heinz (Univ. Prof. (i.R) Dr.-Ing. Dr. h.c.)Die Etablierung einer flexiblen und wandlungsfähigen Produktion für die effiziente Fertigung variantenreicher Automobile bis hin zu Losgrößen mit Stückzahl eins bedingt implizit die Abkehr von den bis dato bewährten Prinzipien der Fließbandmontage. Für die Produktionslogistik bedeutet dies nicht weniger als einen Paradigmenwechsel, indem damit die Ausrichtung sämtlicher logistischer Prozesse auf die getaktete Abarbeitung einer mit mehreren Tagen Vorlauf festgelegten Plansequenz hinfällig würde. Gleichwohl verlangt eine Produktion in einem flexiblen Layout ohne strikte Zeit- und Ortsbindung im Werskstückdurchlauf nach disruptiven fördertechnischen Ansätzen. Insofern bedarf es zur Etablierung einer flexiblen Fertigung in einem frei rekonfigurierbaren Layout den Anforderungen an Layoutflexibilität genügender Fördertechnik. Dies betrifft primär die Werkstückfördertechnik sowie Systeme der Materialbereitstellung, so dass die vorliegende Arbeit in übergeordneter Instanz die Forschungsfrage nach der technischen Übertragbarkeit eines produktionslogistischen Ansatzes einer Fertigung ohne Band und Takt auf die Prozess- und Betriebsmittelebene in Gestalt mobiler Komponenten adressiert. Des Weiteren ergibt sich hiervon abgeleitet einerseits die Frage, ob es gelingt, die PKW-Endmontage von Fließbandfördertechnik auf Fahrerlose Transportfahrzeuge zu verlagern, ohne dabei Abhängigkeiten zu statischen Einrichtungen zu schaffen, und ferner, ob es realisierbar ist, unter arbeitssicherheitstechnischen Gesichtspunkten ein kollaboratives Materialzuführsystem zu konzipieren, das auf automatisierten mobilen Komponenten basiert. Die vorliegende Arbeit hat insofern die Konzeption und Konstruktion der zur Umsetzung eines neuartigen Produktionslogistikkonzeptes, das auf eine losgrößenunabhängige Fertigung von Automobilen in einer nicht-getakteten Endmontage abzielt, erforderlicher intralogistischer Komponenten unter Berücksichtigung der Maßgabe der technischen Realisierbarkeit von Flexibilität und Wandlungsfähigkeit zum Gegenstand. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet dabei die Darlegung der Konzeption, Konstruktion und die prototypische Umsetzung einer mobilen Montageinsel auf Basis eines Fahrerlosen Transportfahrzeuges, sowie eines mobilen kleinskaligen Mini-Regalbediengerätes für die automatisierte Handhabung und Andienung von Kleinladungsträgern in der Teilezuführung direkt am Verbauort in einer manuellen Montage respektive in Kommissionierzonen. Maßstab und Leitlinie für die konstruktive Ausgestaltung bilden dabei die Leitbilder der Wandlungsfähigkeit und deren Befähigern in Gestalt von Skalierbarkeit, Mobilität, Modularität sowie Universalität. So stellt die Mobile Montageinsel nicht nur einen adäquaten mobilen Ersatz für schienengebundene starre Fließband-Werkstückfördertechnik dar, sondern ist mit technischen Merkmalen versehen, die sie zu einem wandlungsfähigen - da insbesondere universell verwendbarem - mobilem Arbeitsplatz werden lassen. Für die zielgerichtete Materialbereitstellung an die Mobile Montageinsel bedarf es entsprechender Systeme, die ihrerseits ebenso den Anforderungen an Flexibilität und Wandlungsfähigkeit gerecht werden. Diesbezüglich bildet die konzeptionelle und zugleich konstruktive Umsetzung dahingehender Hardware einen weiteren inhaltlichen Schwerpunkt dieser Arbeit, wobei hier vorrangig die Umsetzung eines Mini-Regalbediengerätes zu nennen ist, welches innerhalb eines sogenannten Mobilen Logistiksupermarktes als semimobile Kommissionierreinheit für die automatisierte Handhabung und Bereitstellung von Kleinladungsträgern fungiert. Hierbei sind jedoch nicht nur rein konstruktive Merkmale gegenständlich, vielmehr wird darüber hinaus ein Sicherheits- und Bedienkonzept für die Anlage vorgestellt, um eine Materialandienung in direkter Mensch-Maschine-Interaktion zu ermöglichen.Item Open Access Methodik zur ganzheitlichen Betrachtung der Elektrifizierung der Stückgutlogistik in einem geografischen Großraum(Stuttgart : Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart, 2024) Pfleger, David; Schulz, Robert (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Durch die Klimaschutzziele der Europäischen Union und der Zunahme des Straßengüterverkehrs wird die Umstellung auf alternative Antriebe unumgänglich. Der Trend führt derzeit zum batterieelektrischen LKW, analog zum PKW. Die Elektrifizierung des Straßengüterverkehrs schreitet jedoch nur langsam voran, was unter anderem auf die fehlende flächendeckende Ladeinfrastruktur zurückzuführen ist. Zum Ausbau von dieser Infrastruktur treten neue Akteure aus dem Energiesektor in den Straßengüterverkehr ein. Für eine frühzeitige Einbindung aller Akteure bedarf es einer einheitlichen Methodik zur ganzheitlichen Analyse der Elektrifizierbarkeit eines Logistiksegments in einem geografischen Großraum. Hierfür gibt es bisher keinen Ansatz. Die Methodik basiert auf einem logistischen Ansatz zur Abbildung des Logistiksegments in einem gewählten Gebiet, welcher zur Analyse des Energiesektors mit der Stromnetzintegration benötigt wird. Aus diesen Ergebnissen wird die Elektrifizierbarkeit logistisch sowie energetisch analysiert und optimiert. Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung des logistischen Ansatzes. Hierfür wird die Stückgutlogistik aufgrund des derzeitigen Potentials der Elektrifizierbarkeit als zu analysierendes Logistiksegment gewählt. Eine Übertragbarkeit auf andere Logistiksegmente wird berücksichtigt. Die Vorgehensweise basiert auf einer an das Gebiet angepassten Kundenstruktur, womit die Auftragserzeugung und Tourenplanung das synthetische Abbild der Stückgutlogistik erzeugen. Die Auftragserzeugung, entwickelt mithilfe des Wasserfallmodells, generiert synthetische Auftragslisten auf Basis von öffentlichen Daten und einer geringen Menge an realen Daten von Speditionen. Die Auftragslisten sind die Basis für die Tourenplanung, welche mit einer Tourenplanungssoftware die Touren bildet. Mit der Durchführung eines Anwendungsbeispiels am Stadtgebiet Stuttgart wird die Funktionsweise des Ansatzes bestätigt. Die logistische Elektrifizierungsrate wird ermittelt, die anschließend durch die energetische Analyse korrigiert wird und weiter optimiert werden kann. Zusätzlich wird der Ansatz mit dem Abgleich von realen Speditionsdaten verifiziert und validiert. Durch den Austausch der Datenbasis sowie Kundenstruktur wird die Übertragbarkeit auf einen anderen geografischen Großraum sowie ein anderes Logistiksegment ermöglicht.Item Open Access Interoperabilität beliebiger fahrerloser Transportfahrzeuge durch eine einheitliche Bewegungskoordination für die zukünftige vernetzte Intralogistik(Stuttgart : Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart, 2024) Brenner, Carolin Carmen; Schulz, Robert (Prof. Dr.-Ing.)Ein zentraler Bestandteil zur Realisierung flexibler und wandlungsfähiger Produktionen stellen fahrerlose Transportfahrzeuge dar. Um ein noch höheres Maß an Wandlungsfähigkeit zu erzielen, bedarf es der Vernetzung dieser fahrerlosen Fahrzeuge auf Hardwareebene. So sollen nicht nur alleinstehende Fahrzeuge besser interagieren, sondern auch in einem Verbund gemeinsam Transportaufgaben möglich sein. Hierfür wird eine Interoperabilität auf Fahrzeugebene benötigt, so dass die verschiedenen Fahrzeuge untereinander kompatibel und unabhängig vonder Fahrwerkskonfiguration sind. Eine einheitliche Basis soll folglich für verschiedene Fahrzeugtypen eingesetzt werden können, um das Ziel der Vernetzung von einzelnen Fahrzeugen sowie in einem Verbund, zu ermöglichen. Für die Realisierung dieser Vision thematisiert diese Arbeit drei Forschungsfragen. Die Erste behandelt die Frage, ob eine Interoperabilität für die vernetzte Intralogistik auf kinematischer Ebene durch das Interagieren von Flurförderzeugen möglich ist. Gelöst wird diese, indem statt der momentan proprietär bestehenden Ansteuerung der verschiedenen Fahrzeugtypen eine einheitliche Basis zur kinematischen Beschreibung jedes beliebigen Fahrzeugtypus auf Grundlage der dabei definierten Omni-Kurven-Parameter hergeleitet wird. Diese ist unter anderem unabhängig von der Fahrzeuggeometrie gewählt und bildet die Bewegungsmöglichkeiten der verschiedenen Fahrzeugtypen ohne Singularitäten ab. Dadurch kann eine Interaktion auf kinematischer Ebene über die Systemgrenzen der einzelnen Fahrzeuge hinweg entstehen. Basierend auf dieser Ansteuerung leitet sich die zweite Forschungsfrage ab. Sie behandelt wie eine Bewegungskoordination anhand solch einheitlicher Schnittstellen gestaltet sein muss. Dementsprechend wird eine dahingehende Ansteuerung zur einheitlichen Bewegungskoordination der verschiedenen Fahrzeugtypen hergeleitet. Dabei müssen bestehende Bewegungskoordinationsvorgabemöglichkeiten wie im Falle einer manuellen Handsteuerung odervollautomatisierter Ansteuerungsverfahren weiterhin verwendet werden. Diese Bewegungskoordination wird in verschiedenen Fahrzeugtypen entsprechend eingesetzt und evaluiert. Wird eine einheitliche Basis zur Ansteuerung verschiedener Fahrzeugtypen verwendet, müssen die verschiedenen fahrdynamischen Grenzen, welche durch Lenkeinschläge und Fahrwerkseigenschaften bestehen, ebenfalls formuliert werden. Dadurch erfolgt eine konsistente Beschreibung der verschiedenen Fahrwerke und die Gewährleistung einer einheitlichen Interoperabilität. Die dritte Forschungsfrage adressiert die Gestaltung dieser Interoperabilität im Kontext einer einheitlichen Schnittstelle auf Navigations- und Pfadplanungsebene, so dass die fahrdynamischen Grenzen der individuellen Fahrzeuge berücksichtigt werden. Diese behandelt die fahrdynamischen Grenzen, indem die Beschreibung der Fahrzeuge in Omni-Kurven-Parameter aufgezeigt ist. Die auf der einheitlichen Basis der Omni-Kurven-Parameter dargestellten Grenzflächen beschreiben den Konfigurationsraum individuell und bringen eine einfache Vergleichbarkeit für die Pfadplanung und Navigation mit sich. Auch für den Verbundtransport ist die Betrachtung des Konfigurationsraumes aufgezeigt und kann somit individuell für jeden Verbund- und Fahrzeugtyp eingesetzt werden. Durch die Verwendung der Omni-Kurven-Parameter erfolgt die Beschreibung verschiedener Fahrwerke insgesamt konsistent und damit ist eine Interoperabilität auf einer einheitlichen Basis gewährleistet. Das Anwendungspotenzial reicht dabei von automatisierten bis zu nicht-automatisierten mehrachsigen Fahrzeugen, welche intuitiv im Verbund und einzeln manövriert werden können.Item Open Access Navigation method utilizing floor-integrated inductive power supply modules for omnidirectional AGVs(2022) Brenner, Carolin Carmen; Enssle, Alexander; Schulz, Robert; Parspour, NejilaThis paper answers the research question: Can the contactless induced energy supply from a novel inductive floor be used to navigate omnidirectional automated guided vehicles (AGVs)? In contrast to existing systems a novel inductive floor enables AGVs traveling through production without charging breaks. This floor consists of tiles with inductive modules, which supply the AGV with energy. In addition to supplying power to the AGV, the inductive modules are also intended to guide the vehicle through production. To enable such a guidance sensors placed in the AGV measure the induced voltages of the floor. To answer the research question these voltages are calculated with the help of an electromagnetic simulation of the AGV’s travel on the inductive tiles. To estimate the position as well as rotation of the AGV depending on the simulated voltages as inputs a novel algorithm is presented. During the travel the AGV is able to move in arbitrary directions independently of its orientation. To control the omnidrectional AGV consistently without singularities, a transformation in Omni-Curve-Parameters (OCP) is proposed. As simulation case study a four wheeled steering- and velocity controlled AGV is introduced. For the evaluation a novel motion model depending on the input OCP is presented. This model is compared to the estimation of the position to verify the accuracy and the reproducibility of the algorithm.Item Open Access Materialverfügbarkeit in fluiden Montagesystemen(Stuttgart : Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart, 2025) Hagg, Manuel; Schulz, Robert (Prof. Dr.-Ing.)Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit ist die aus den Defiziten starr verketteter Fließmontagelinien resultierende Forderung nach veränderungsfähigen Systemen für die zukünftige Automobilmontage. Als Ausprägungsform eines veränderungsfähigen Systems grenzt die fluide Montage, die im Kontext des Forschungscampus ARENA2036 erarbeitet wird und über eine spezifische Anzahl an Freiheitsgraden verfügt, den Untersuchungsbereich dieser Arbeit ab. Es zeigt sich, dass in dieser Umgebung die Gewährleistung der kurzfristigen Materialverfügbarkeit infolge dynamischer Materialflussstrukturen eine besondere Herausforderung darstellt. Aus diesem Grund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der übergeordneten Forschungsfrage, wie sich die Materialverfügbarkeit während des Betriebs eines fluiden Montagesystems sicherstellen lässt. Als konkreter Handlungsbedarf wird die Entwicklung und Untersuchung einer Methodik zur Überprüfung und Sicherstellung der Materialverfügbarkeit in fluiden Montagesystemen identifiziert. Die entwickelte Methodik setzt sich aus vier aufeinanderfolgenden Prozessschritten zusammen. Hierbei handelt es sich um die Schritte Initialisierung, Zielsuche und Aufgabenableitung, Lösungssuche sowie Lösungsauswahl. Die Methodik ist als Bestandteil des Materialbereitstellungssystems dem Aufgabenfeld der Logistik zugeordnet und trägt zur Koordination des Montage- und Materialbereitstellungssystems bei, da sie an der Schnittstelle dieser beiden Systeme eingesetzt wird. Die simulationsbasierte Untersuchung der Methodik erfolgt am Beispiel einer Cockpit-Vormontage. Verschiedene Experimente werden durchgeführt, um die Funktionsweise der Methodik zu erproben und den Einfluss verschiedener Größen auf die Materialverfügbarkeit zu analysieren. Wie die Simulationsergebnisse zeigen, gelingt es durch den Einsatz der Methodik, die Materialverfügbarkeit in fluiden Montagesystemen während des laufenden Betriebs sicherzustellen. Hierbei hat sich insbesondere die Verwendung des Ansatzes zur logistik- und montageinduzierten Materialverfügbarkeit als förderlich erwiesen. Dadurch leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zur Ausgestaltung der Materialbereitstellung in fluiden Montagesystemen.