Intralogistik: Universalsprache für FTS

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) haben mittlerweile ihren festen Platz im automatisierten Materialfluss. Mit der Verbreitung wächst auch der Anspruch, Flotten herstellerübergreifend zu betreiben. Allen voran machte die Automobilindustrie frühzeitig auf ihren Bedarf aufmerksam, unterschiedliche fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) von verschiedenen Herstellern vernetzt miteinander zu nutzen. Bereits 2017 gab es dazu zwischen dem Verband der Automobilindustrie (VDA) und dem Fachverband Fördertechnik und Intralogistik des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) erste Gespräche. Daraus entstand eine gemeinsame Projektgruppe, die mit fachlicher Unterstützung des Instituts für Fördertechnik und Logistiksysteme (IFL)am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) begann, Schnittstellenanforderungen zu definieren und zu entwickeln.

2019 veröffentlichten VDA und VDMA die erste Version der Schnittstelle „VDA 5050“. In dieser ersten gemeinsamen Veröffentlichung lag – neben den wichtigen Definitionen der allgemeinen Protokollspezifikationen – der Fokus auf der Übermittlung von Aufträgen an das FTF und dessen Statusdaten. Dabei entschied sich die Projektgruppe für ein „JSON“-Dateiformat und eine Datenübertragung mittels „MQTT“-Protokoll. JSON steht für „JavaScript Object Notation“ und ist ein kompaktes Datenformat in einer einfach lesbaren Textform für den Datenaustausch zwischen Anwendungen. MQTT ist die Abkürzung für „Message Queuing Telemetry“, ein offenes Netzwerkprotokoll für Machine-to-Machine-Kommunikation.

Fortlaufende Entwicklung

Bereits ein Jahr später deckte die Version 1.1 der VDA 5050 die Mitteilung von Statusnachrichten wie der Position und des Ladezustands sowie das Versenden von Fahrtaufträgen ab. Zu diesem Zeitpunkt fiel auch die Entscheidung, die Schnittstelle über GitHub, einen Dienst zur Versionsverwaltung für Software-Entwicklungsprojekte, zu veröffentlichen und weiterzuentwickeln.

Der nächste Meilenstein war die Veröffentlichung der Version 2.0.0 im März 2022: Die wesentlichste Änderung zu den Vorgängerversionen lag in der Definition der notwendigen und optionalen Parameter eines Fahrzeugs, die im Vorfeld herstellerspezifisch vom FTF an das Leitsystem mitgeteilt werden müssen. Diese Definitionen der Parameter (oft auch „Factsheet“ genannt) sind nun Bestandteil der VDA 5050. Hinzu kamen Änderungen bei der Logik der Auftragsannahme und Anpassungen bei der verpflichtenden Schreibweise von Enumerationen, unter anderem auch Korrekturen bei den zulässigen Zeichen und Feldlängen. Diese Änderungen führten zu der neuen Versionierung, wodurch eine Kompatibilität zur bisherigen Version 1.1 nicht mehr gegeben ist.

Im VDMA-Fachverband Fördertechnik und Intralogistik beschäftigt sich eine Arbeitsgruppe aus FTS-Herstellern bereits mit weiteren Entwicklungsstufen. So wird konkret an einem VDMA-Dokument zum Layout-Interface-Format (LIF) gearbeitet, das heißt an der Standardisierung der Schnittmenge von FTS-übergreifenden Anlagenlayout-Informationen für die Verwendung mit der VDA 5050. Damit sind unter anderem die Informationen gemeint, die das FTF in seinen Abmessungen und Transportfunktionen beschreiben.

In verschiedenen Kundenprojekten hat sich gezeigt, dass zwischen den verschiedenen an einem FTS-Projekt beteiligten Unternehmen weitergehende Informationen ausgetauscht werden müssen als bisher in der VDA 5050 beschrieben. Dabei sollen die minimal notwendigen Informationen definiert werden, die sich als Basis für eine Leitsteuerung (Master Control) heranziehen lassen. Durch das LIF ist die klare Trennung und Festlegung der Funktionalitäten von Leitsystem und FTF möglich.

Neben den VDMA-Aktivitäten am LIF arbeitet die gemeinsame Arbeitsgruppe aus VDA, VDMA und KIT an den Definitionen für einen Kartenaustausch (Anlagenlayout) und Zonen. Diese Zonen könnten zum Beispiel ausweisen, wo Fahrzeuge mit bestimmten Ladungsträgern fahren dürfen und wo nicht.

Um die Praktikabilität der VDA 5050 zu demonstrieren, hat der VDMA-Fachverband Fördertechnik und Intralogistik bereits 2021 das Format „AGV Mesh-Up“ initiiert und mit interessierten Mitgliedsunternehmen parallel zu den IFOY TEST DAYS in Dortmund umgesetzt. Der Name AGV Mesh-Up ist an ein Mesh-WLAN angelehnt, bei dem unterschiedliche Komponenten ineinandergreifen und als einheitliches WLAN gesehen werden. Für die FTF bedeutet das konkret: Sie fahren mit verschiedenen Navigationsarten, kommunizieren mit dem übergeordneten Leitsystem jedoch in einer gemeinsamen Datensprache.

Erstmals steuerte 2021 ein Leitsystem herstellerübergreifend sechs unterschiedliche Fahrzeuge live auf einer Fahrfläche auf dem Messegelände in Dortmund vor Publikum. Für die beteiligten Hersteller erbrachte dieser Livetest viele Erkenntnisse für die praktische Umsetzung der Schnittstelle, aber auch wichtige Hinweise zu möglichen Weiterentwicklungen der VDA 5050, wie oben beispielsweise für die Version 2.0.0 beschrieben.

Schnittstelle im Livetest

Auch in diesem Jahr wiederholte der Fachverband mit mehreren seiner Mitglieder das AGV Mesh-Up angrenzend zu den IFOY TEST DAYS. Diesmal entschieden sich die acht teilnehmenden Unternehmen und Institute für ein größeres Szenario: Die Leitsteuerung wurde als „Cloud-Software-as-a-Service“ umgesetzt. Die Demonstrationsfläche bot für die Fahrzeuge verschiedene Lastaufnahme- und -abnahmestellen bei Nutzung gemeinsamer Fahrwege. In einer definierten Zone wurde für einen Teil der Fahrzeuge die Möglichkeit der freien Navigation eingeräumt. Hierzu hatten die beteiligten Unternehmen ein nicht im Vorfeld definiertes Hindernis aufgebaut, dem die Fahrzeuge autonom auswichen, um ihr Ziel zu erreichen.

Die Idee des AGV Mesh-Ups ist es, FTF-Herstellern und Anbietern von Leitsteuerungen die Möglichkeit zu geben, die VDA-5050-Tauglichkeit ihrer Lösungen in einer Testumgebung zu erproben und so die Umsetzung in Kundenprojekten ein Stück weit zu simulieren. Alle bisherigen Teilnehmenden des AGV Mesh-Ups werteten dies als besonders hilfreich. Zusätzlich werden die im AGV Mesh-Up gewonnenen Erfahrungen gesammelt und im GitHub für die VDA 5050 eingetragen, um sie so in die Weiterentwicklung der Schnittstelle direkt einfließen zu lassen.

Auch für 2023 ist wieder ein AGV Mesh-Up geplant. Über die Möglichkeiten der Teilnahme informiert der Fachverband VDMA rechtzeitig. Autor: Andreas Scherb, Leiter der Fachabteilung Fahrerlose Transportsysteme im VDMA-Fachverband Fördertechnik und Intralogistik, Frankfurt am Main. tm