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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum energiesparenden Betreiben eines Logistiksystems.
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Kunden fordern zunehmend die Berücksichtigung ökologischer Kriterien bei automatisierten Logistiksystemen, insbesondere der Energieeinsparung.
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Für den energieeffizienten Einsatz von Logistiksystemen sind einige Lösungen bekannt. So werden neben der Energierückgewinnung, auch auf den Leichtbau und auf Antriebe mit hohem Wirkungsgrad gesetzt.
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Für den Betrieb von Regalbediengeräten werden z. B. Rückspeiseeinheiten eingesetzt, die die Bremsenergie des Fahrantriebs an andere Antriebe weitergeben und überschüssige Energie wird ins Stromnetz zurück gespeist.
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Um die zu bewegenden Massen möglichst gering zu halten, werden Regalbediengeräte mit nur einem Mast konstruiert oder es werden grundsätzlich leichtere Fahrzeuge, wie die sogenannten Shuttle-Lösungen eingesetzt. Weiterhin führt der Einsatz von Verbundwerkstoffen zu einer weiteren Reduzierung des Gewichts und damit zu weniger Energieverbrauch beim Beschleunigen dieser Massen.
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Die Auswahl von Antriebsmotoren erfolgt zumeist auf Basis des „New Efficiency Standard" (IEC60034-30). Hier wird der Einsatz von Industriemotoren mit erhöhtem Wirkungsgrad beschrieben.
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Zusätzlich werden im Rahmen der Projektierung einer Anlage bereits bauliche Eigenschaften definiert, die die Energiekosten langfristig senken. Hierzu gehören u. a. die Nutzung der Dachflächen für Photovoltaikanlagen oder eine passende Wärmedämmung, um die Heiz- oder Kühlkosten niedrig zu halten.
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Diese am Markt etablierten Lösungen zum energieeffizienten Einsatz von Logistiksystemen weisen das gemeinsame Merkmal auf, dass es sich hierbei um statische Lösungen handelt, d. h. es wird zum Beispiel die Leistung von Antriebsmotoren zu Beginn des Projektes einmalig festgelegt und diese bleibt dann über die gesamte Lebensdauer der Anlage unverändert. Dieses Prinzip gilt ebenso für die baulichen Maßnahmen, die Fahrzeuggewichte sowie die Eigenschaften aller eingebauten elektrischen und mechanischen Komponenten.
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Daher besteht weiterhin der Wunsch nach automatisierten Logistiksystemen, die darüber hinaus energiesparend betrieben werden können. Insbesondere wäre dabei eine nicht-statische Lösung von Vorteil.
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Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren gelöst.
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Dadurch, dass der Controller variabel und situativ die Antriebe der Förderer nach Auswertung anlagenspezifischer und/oder auftragsspezifischer Kriterien regelt, so dass diese nach Möglichkeit mit weniger als ihrer maximalen Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung betrieben werden, ist es mit dem vorgeschlagenen Verfahren möglich, das Logistiksystem energiesparend zu betreiben.
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Keine der am Markt erhältlichen Lösungen berücksichtigt die Minderung des Energieverbrauchs für die Situation, dass die zur Verfügung stehende Maximalkapazität nicht benötigt wird.
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So werden z. B. Regalbediengeräte stets mit denselben Beschleunigungsgrößen gefahren, unabhängig davon, ob die ausgeführte Bewegung schnell oder zeitlich unkritisch erfolgen muss. Die Potentiale zur Nutzung eines Energieeffizienten Betriebs werden im Fall der zeitlich unkritischen Fahrten nicht ausgeschöpft. In Abhängigkeit der eingesetzten Lagertechnik können oftmals mehr als 50% aller Bewegungen nach energieeffizienten Kriterien ausgeführt werden.
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Die Entscheidung, welche Fahrten im Stromsparmodus („Ecomode”) ausgeführt werden, basiert auf einer Vielzahl von miteinander verknüpften Parametern:
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Aktuelle Betriebssituation auf der Anlage:
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Sind alle Einrichtungen betriebsbereit? Falls nein, können einzelne Ziele nicht erreicht werden und eine Fahrt dorthin ist nicht oder nur über Umwege möglich.
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Aktuelle Lastsituation auf der Anlage:
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Welche Ladeeinheiten werden gerade bewegt? Gibt es Stausituationen, die zu einem Engpass führen? Falls ja, müssen diese durch Priorisierte Fahrten schnell bereinigt werden.
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Alterung:
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Eine längere Wartezeit von Ladeeinheiten resultiert in einer höheren Dringlichkeit der Bewegung.
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Auftragsart:
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Es gibt dringliche Aufträge und Bewegungen, die zeitlich unkritisch sind. Hierzu muss der betriebswirtschaftliche Hintergrund analysiert werden. Auslagerungen für VIP-Kunden oder Aufträge, die auf einen bereits wartenden LKW verladen werden sollen, sind in einem Verteilzentrum stets wichtiger als Einlagerungen. Diese Priorität kann sich ändern, wenn es sich um eine Anlage handelt, die der Entsorgung einer Produktion dient. In diesem Fall hat eine Vernachlässigung der Einlagerungen das Abschalten von Produktionslinien zur Folge, während Auslagerungen mit einem Vorlauf von 24 h zeitlich entkoppelt und damit langsamer gefahren werden könnten.
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Bereitstellzeitpunkt:
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Speziell im Bereich von Tiefkühllagern muss dafür gesorgt werden, dass beim Transport der Ladeeinheiten die Unterbrechung der Kühlkette nicht zum Verderb der Waren führt.
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Da diese Bedingungen eng miteinander verknüpft sind und sich innerhalb von Sekunden mehrmals ändern können, muss die Entscheidung für eine ökologisch orientierte Bewegung automatisch erfolgen. Dies kann weder durch einen Benutzereingriff stattfinden noch im Vorfeld einmalig festgelegt werden. Nur die eingesetzten Rechnersysteme sind heute in der Lage, die komplexen Zusammenhänge zu analysieren und in wenigen Sekundenbruchteilen die Entscheidung zu fällen, um die Antriebe falls möglich im Ecomode anzusteuern.
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Der im Controller zur Steuerung der regelbaren Antriebe eingesetzte Softwarealgorithmus wirkt dabei mehrstufig, damit das Ziel ökologisch geregelter Fahrten erreicht wird.
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Der Controller wertet also bei der Regelung der Antriebe vor jeder einzelnen Bewegung eines Antriebes anlagenspezifische und/oder auftragsspezifische Kriterien aus, um einen situativ angepassten Fahrbefehl für den jeweiligen Antrieb zu erstellen.
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Als anlagenspezifische Kriterien werden u. a. Auslastung, Betriebssituation, Alterung, Art der Fahrt berücksichtigt. Hier werden die Eigenschaften der Anlage analysiert. Wenn z. B. ein Einlagerstich drei Ladeeinheiten aufnehmen kann, entsteht bei einer Belegung mit keiner, einer oder zwei Ladeeinheiten keine Stausituation. Bis zum Erreichen der maximalen Belegung könnten andere Anlagenteile wie z. B. das Regalbediengerät also die Bewegungen im Ecomode ausführen.
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Als auftragsspezifische Kriterien werden u. a. Dringlichkeit und Bereitstellungszeitpunkt berücksichtigt. Hierfür muss vor jeder einzelnen Bewegung der zur Disposition stehende Auftragspool analysiert werden.
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Je nach Verwendungszweck der Anlage können grundsätzlich Ein- oder Auslagerungen der Notwendigkeit unterliegen, zügig ausgeführt zu werden. Gleichzeitig gibt es auftragsspezifische Kriterien zu beachten, wie z. B. „Dringender Nachschub für Produktion” oder „zeitlich unkritische Inventurfahrt”. Es muss also analysiert werden, welcher Auftrag als Nächstes gefahren wird und ob dieser Auftrag eine längere Fahrzeit zulässt. Grundsätzlich dürfen keine eiligen Fahrten zeitlich nach hinten verschoben werden.
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Es gibt in Logistiksystemen zudem Kriterien, die einen ökologischen Einsatz der Betriebsmittel direkt nach zeitlich geordneten Aspekten bewerten. Hierzu zählen z. B. die Wartezeit einer Ladeeinheit oder eine Vorgabe in Form eines zeitlich nahe gelegenen oder erst späten Bereitstellzeitpunkts.
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Diese logischen Prüfungen sind erst dann sinnvoll, wenn das Ergebnis der Analyse der Anlagenspezifischen Kriterien nicht entgegensteht.
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Die Erfindung beruht auf der Möglichkeit, die Bewegungen der Förderer unter Berücksichtigung von umweltfreundlichen Strategien durchzuführen. Hierzu analysiert der Controller die zur Verfügung stehenden Fahraufträge auf ihr zeitkritisches Verhalten und berücksichtigt das Ergebnis direkt bei der Erzeugung der Steuerung bzw. der Fahrbefehle der Förderer. Ziel ist es, die Bewegungen in einem Energiesparmodus auszuführen.
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Der Controller analysiert aus in einer Datenbank gespeicherten Aufträgen Fahrbefehle für die Antriebe der Förderer, wobei Prioritäten, Bereitstellzeiten und Fahrwege berücksichtigt sowie optimiert werden. Dabei untersucht der Controller die Fahrbefehle daraufhin, ob sie energiesparend ausgeführt werden können, und falls ja, werden die Standard-Fahrbefehle mit einem reduzierenden Faktor multipliziert.
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Zudem kann der Controller beim kompletten Fehlen eines Fahrauftrags für einen Antrieb eines Förderers einen Abschaltbefehl an diesen erteilen.
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Als untersuchte Fahrbefehle kommen insbesondere Anfahrbeschleunigung, maximale Geschwindigkeit, Bremsen und antriebsloses Ausrollen in Frage, da hier am meisten Energie gespart werden kann.
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Die Innovation besteht darin, dass der eingesetzte Controller die Auftragssituation in der Anlage überprüft und mittels Fahrbefehl direkt Einfluss auf den Energieverbrauch der Förderer nimmt. In dieser ökologischen Betriebsart der Anlage werden Bewegungen, die nicht zeitkritisch sind, mit geringeren Beschleunigungen und Geschwindigkeiten der Förderer (z. B. Regalbediengeräte) gefahren.
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Falls alle Aufträge abgearbeitet sind, kann dies zur Umschaltung der Anlage oder Anlagenteilen in einen Bereitschaftsmodus führen. Hierbei werden beispielsweise die im Normalbetrieb ständig laufenden Motore abgeschaltet und erst bei Bedarf wieder angeschaltet.
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Das System bzw. dessen Antriebe lassen sich hierfür in die Betriebsarten „Normal”, „Ecomode” und „Auto” schalten. Während im Normalmodus entsprechend dem Stand der Technik mit voller Leistung gefahren wird, ist der Durchsatz des Systems im Ecomode grundsätzlich reduziert. Im Automatikmodus und im Ecomode werden die Fahrbefehle der Antriebe zum Energiesparen beeinflusst.
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Zum Beispiel erhalten Regalbediengeräte im Automatikmodus für zeitlich unkritische Einlagerungen die Anweisung mit verminderter Anfahrbeschleunigung und z. B. Ausrollen zu fahren, wohingegen Paletten zur Auslagerung für einen wartenden LKW mit voller Geschwindigkeit transportiert werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Zeichnung, in der
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1 die beteiligten Systemelemente und den Datenfluss schematisch zeigt und
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2 ein Diagramm der Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Zeit für die physikalischen Größen Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verzögerung dargestellt Das Verfahren wird in der Anlage anhand einer Schemazeichnung erläutert. 1 zeigt die beteiligten Systemelemente und den Datenfluss.
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In 1 ist ein Automatiklager mit 6 bezeichnet. Im Lager befinden sich ein oder mehrere Förderelemente 7, dies können Regalbediengeräte sein, Lifte oder Fördertechnik für den Transport von Ladungsträgern. Die Ansteuerung der Förderelemente bzw. deren Antriebe erfolgt durch einen Controller 3, der die Fahrbefehle 5 in Form von Netzwerk-Nachrichten versendet. Im Controller 3 sind die Programme zur Steuerung des Automatiklagers abgelegt.
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Im Normalfall übernehmen die Programme des Controllers 3 aus einer Datenbankanwendung 1 die Auftragsdaten 2 und wandeln diese in Fahraufträge 5 für die Fördereinrichtungen 7 um. Hierbei werden Kriterien wie Prioritäten, Bereitstellzeiten und optimierte Fahrwege berücksichtigt.
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Zentraler Bestandteil des Verfahrens ist ein neuer Algorithmus, dargestellt in 1 als Software 4, die auf dem Controller 3 installiert ist. Dieser Algorithmus untersucht jeden einzelnen der geladenen Aufträge 2 auf die Möglichkeit, die Bewegung energiesparend auszuführen. Hierfür sind im Programm 4 verschiedene Kriterien hinterlegt, die z. B. die Dringlichkeit der Bewegung analysieren oder die aktuelle Belegung von Förderelementen berücksichtigen.
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Die Fahraufträge 5 an die Förderelemente 7 durch das Programm 4 werden mit einem Kennzeichen oder einem Prozentwert versehen, der von der Elektronik der Förderelemente 7 empfangen und ausgewertet wird. Ist ein Fahrauftrag 5 vom Programm 4 als ökologisch gekennzeichnet, also z. B. mit einern Prozentwert kleiner 100 versehen, so reagieren die Förderelemente 7 mit geänderten physikalischen Eigenschaften. Hierzu zählt die Veränderung der Anfahrbeschleunigung, eine reduzierte Maximal-Geschwindigkeit und ein Umschalten der Antriebsaggregate in den Leerlauf um das Ziel durch Ausrollen und minimales Bremsen zu erreichen. Findet der Controller 3 in der Datenbank 1 keine Aufträge 2 für eines oder mehrere Förderelemente 7, so erzeugt das Programm 4 im Controller 3 eine Nachricht 5 an die Förderelemente 7, die mit einem Kennzeichen oder Prozentwert zum Abschalten versehen sind.
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Werden solche Nachrichten 5 von den Förderelementen 7 empfangen, so werden die Energieverbraucher der jeweiligen Maschine abgeschaltet oder in einen Bereitschaftsmodus versetzt.
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Als Ergebnis verbrauchen die Förderelemente 7 weniger Energie.
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In 2 sind die physikalischen Größen Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verzögerung als Diagramm der Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Zeit dargestellt.
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In normaler Betriebsart erreicht das Förderelement durch die Beschleunigung 8 schnell die Höchstgeschwindigkeit 9. Kurz vor Erreichen des Ziels muss die gesamte bewegte Masse verzögert werden 10. Werden die ökologischen Kriterien berücksichtigt, verändert sich das Verhalten der Förderelemente wie folgt: Die Anfahrbeschleunigung 11 ist ebenso wie die erreichte Höchstgeschwindigkeit 12 geringer als im Normalbetrieb. Anstatt die Höchstgeschwindigkeit zu halten, schaltet das Förderelement vorzeitig in Leerlauf und rollt bis kurz vor das Ziel. Hierbei nimmt die Geschwindigkeit 13 ab und es wird nur noch geringe Bremsleistung 14 benötigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „New Efficiency Standard” (IEC60034-30) [0006]
