Mehr Überblick im Lager, weniger Risiko im Lager

Lager vor Ort gewinnen wieder an Bedeutung, da Konzepte wie Just-in-Time durch Störungen in der Logistikkette ausgehebelt werden: Havarierte Schiffe blockieren Transportwege, Hafenarbeiter und Lastwagenfahrer fehlen und das Hin und Her bei Zollauflagen treibt nicht nur die Buchhaltung zur Verzweiflung. Die oftmals zu kleinen Lager können aber durch schnellere Umschlagszeiten mehr Kapazität auf gleichen Raum bieten.

Rückgrat vieler Lager sind Gabelstapler, allerdings bergen sie aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts ein erhöhtes Unfallpotenzial. Sichtbehinderungen durch die Last oder die Mastkonstruktion können zu gefährlichen Situationen führen, sowohl für den Fahrer als auch für Personen in der Nähe. Zu den häufigsten Unfällen zählen Kippunfälle, Kollisionen mit Personen oder Hindernissen (Anfahrunfälle) oder herabfallende Lasten. All diese potenziellen Gefahren eint die schlechte Sicht des Fahrers, weil er die Ladung nicht zu 100 % sieht und einschätzen kann, ob diese sicher auf einer Palette steht, weil der Weg nicht frei ist, speziell beim Rangieren oder weil die Last in großer Höhe platziert ist.

Multi-Kamera-Systeme erhöhen nicht nur die Sicherheit, sondern bieten auch einen Mehrwert für die gesamte Lagerautomation, zum Beispiel eine Effizienzsteigerung der Arbeitsabläufe. Sie können die Sicht des Fahrers deutlich verbessern, speziell im toten Winkel oder für den Rundumblick um oder auf die Last. In Zusammenarbeit mit modernen Sensoren wie Ultraschall oder Lidar sind diese vielen „Augen“ die Grundlage für Assistenzsysteme analog zu Einparkhilfen bei Pkw – so wird das Rangieren mit unübersichtlichen Waren/Lasten erleichtert.

Profinet schafft Basis für CRA-Konformität

Der Countdown läuft: Ab Dezember 2027 zwingt der EU Cyber Resilience Act Hersteller zu digitaler Sicherheit. Profinet bringt die Industrie frühzeitig in Stellung – mit skalierbaren Lösungen für jede Risikoanalyse.

Kathrin Veigel

Abläufe werden flexibler

Darüber hinaus bieten solche Assistenzsysteme eine Effizienzsteigerung der Arbeitsabläufe, wenn etwa ein autonomer Palettenroboter selbständig entscheiden kann eine neue Route einzuschlagen, da seine ursprüngliche Route durch ein Hindernis blockiert ist. Durch diese flexible Routentour wird ein flüssiger Ablauf sichergestellt und der Warenzugang beziehungsweise die Belieferung bricht nicht ab, und es entstehen keine Engpässe. Entsprechend steigert dies die Gesamtproduktivität.

Weitere Vorteile von kamerabasierten Fahrzeugen ist die bessere Raumnutzung. KI-gestützt erkennen sie, ob der vom Lagerverwaltungssystem vorgeschlagene Platz zu klein ist. Hier kommen oft 3D-Scan-Methoden zum Einsatz, mit deren Hilfe nicht nur die Stellfläche, sondern auch das Volumen automatisch und genau erfasst werden. Durch die exakten Daten können Waren ideal eingelagert werden und das automatisierte Lagersystem entscheidet selbst, an welchen Lagerort eingelagert wird. Das beschleunigt nicht nur die Einlagerung, sondern auch die Durchlaufzeit vom Wareneingang bis zur Verwendung in der Produktion.

Zusätzlich erhöht sich auch die Qualität, durch schnelle visuelle Inspektion/Dokumentation im Wareneingang der einzelnen Transportschritte: Der aktuelle Zustand wird schnell erfasst und eventuelle Beschädigungen/Verschmutzungen oder falsch aufgebrachte Labels direkt erkannt. Somit lässt sich frühzeitig selektieren, und der Materialfluss wird nicht durch fehlerhafte oder defekte Teile gestört. Diese durchgängige Nachvollziehbarkeit/Traceability nutzt auch den Kunden, da sie eine Steigerung der gelieferten Qualität mit sich bringt.

Die Skalierbarkeit der Lagerautomatisierung spielt eine sehr große Rolle und bietet damit für jeden Anwendungsfall eine Erleichterung und Optimierung der Arbeitsschritte. Sie reicht von teilautomatisierten Hubwagen bis hin zu vollautomatisierten Schwerlaststaplern. Kamerabasierte Systeme tragen aus den genannten Gründen erheblich dazu bei, die Skalierbarkeit voranzutreiben, und sind für verschiedenste Anwendungsfälle geeignet.

Ansprüche an Komponenten sind hoch

Diese Funktionen stellen besondere Ansprüche an die Elektronik und Funktionalität der integrierten CPU, wie die Verarbeitung von sehr großen Datenmengen in Echtzeit. Darüber hinaus muss diese sehr robust designt sein und Umwelteinflüsse jeglicher Art wie Vibration, Kälte und Hitze verkraften. Die neuen AM67x-Prozessoren von Texas Instruments entsprechen perfekt dem Anforderungsprofil der Logistikbranche. Diese CPU-Familie bildet über ihre Skalierbarkeit die ideale Basis als Herzstück für intelligente kamerabasierte Lösungen in Gabelstaplern oder autonomen Flurfahrzeugen.

Die AM67x-Familie verfügt über eine Multi-Core-Architektur, die sich aus den bis zu vier Cortex-A53-Cores und einen Cortex-R5F zusammensetzt. Diese Kombination eignet sich für komplexe Steuerungen mit echtzeit- und sicherheitskritischen Aufgaben. Wahlweise sind die AM67x-Prozessoren mit Bildverarbeitungsbeschleunigern ausgestattet, zum Beispiel einen Vision Processing Accelerator mit eingebauten ISP (Image Signal Processor). Dieser verarbeitet Bildinhalte und ermöglicht diverse Auflösungen sowie die Nutzung von Wide Dynamic Range (WDR), die speziell bei wechselnden Helligkeitsbedingungen, etwa den Übergang von einer Halle in den Außenbereich, hilfreich ist. Hinzu kommt eine Linsenverzehrungskorrektur bei Weitwinkelobjektiven mittels Lens Distortion Correction (LDC): Zwar sollen Fischaugen-Kameraobjektiven einen möglichst großen Bereich aufnehmen, aber aufgrund der Wölbung der Linse kommt es auch zu einer Fehleinschätzung von Distanzen – hier hilft LDC, das Bild korrekt auszuwerten. Speziell für autonome Fahrzeuge wie einem Palettenstapler oder Flurförderfahrzeug ist der Depth and Motion Processing Accelerator (DMPAC) interessant, da dieser Beschleuniger für das räumliche Sehen über Stereokameras und der Einschätzung von Raum und Bewegung essenziell ist.

Entscheidend für viele Multi-Kameraanwendungen ist die Anzahl der verfügbaren Kameraschnittstellen. Hier punktet der AM67x, der unter anderem bis zu vierfach MIPI-CSI zur direkten Anbindung von Kamerasensoren anbietet. Diese sind speziell bei autonomen Flurförderfahrzeugen oder Staplern interessant, sei es als Rückfahrkamera zum sicheren Rangieren mit Waren, oder für die Einschätzung, ob der vorgeschlagene Lagerplatz die entsprechende Größe vorhält oder ob ein Hindernis die geplante Fahrtroute blockiert. Mehr Kameras bieten auch mehr Sicherheit, da der Rundumblick des Fahrers erweitert wird und beispielsweise eine 360°-Darstellung angeboten werden kann, analog zu einem Pkw-Assistenzsystem: Die Einlagerhilfe zeigt dem Bediener den Einschlagwinkel auf dem Display an, damit dieser ohne anzuecken die Ware ins Hochlager legen kann.

Vielfältige Schnittstellen sind unabdingbar

Darüber hinaus benötigt die Elektronik eine Vielzahl unterschiedlicher Schnittstellen, wie CAN-FD, um Sensoren anzubinden, sowie Display-Schnittstellen wie LVDS oder DSI, um ein oder mehrere Displays anzusteuern und verschiedene Inhalte, wie Konfigurationslisten oder die Rückfahrkamera, abzubilden. All dies erleichtert die Navigation durch die Waren. Über PCIe können mobile Netzwerkverbindungen wie WLAN, Bluetooth oder GPS angebunden und zur Vernetzung der Flurförderfahrzeuge verwendet werden. Hierüber lassen sich neue Aufträge oder Aufgaben verteilen und die Lagerdurchlaufzeit optimieren: Durch genaue Positionsbestimmung und optimierte Route können die Wege kurzgehalten und optimale Stellflächen genutzt werden.

Die CPU bietet auch diverse Sicherheitsfunktionen wie Secure Boot oder Verschlüsselungen von Daten: Diese schützen nicht nur aufgenommene Bildinhalte vor fremden Zugriff und Missbrauch, sondern stellen auch sicher, dass unter anderem die Firmware der Flurförderfahrzeuge nicht manipuliert werden kann. Speziell bei batteriebetriebenen Systemen wie Staplern ist die Energieeffizienz ein sehr wichtiges Thema. Sie müssen im Mehrschichtbetrieb lang durchhalten und benötigen deshalb lange Batterielaufzeiten – entsprechend sparsam muss auch die Elektronik sein. Die AM67x-Familie ist trotz ihrer beschriebenen Leistungsfähigkeit sehr energieeffizient mit durchschnittlich circa 6 W Leistungsaufnahme.

Die AM67x-CPU-Familie ist die optimale Grundlage für Multi-Kamera-Systeme, denn sie bietet spezialisierte Bildverarbeitung mit verschiedenen Beschleunigern, eine große Anzahl industrieller Schnittstellen und die Unterstützung mehrerer Displays. All dies erleichtert dem Fahrer die Wahrnehmung von Aufgaben und der Umgebung. Zukunftssicher durch optionale KI-Beschleuniger, bietet diese Plattform auch noch Potenzial, um ein Upgrade auf sich ändernde Gegebenheiten oder Anforderungen zu machen.

Der Elektronikspezialist TQ bietet zwei Formfaktoren auf Basis des AM67x an: als Stecker- und LGA-Modul (Lötmodul). Dank ihrer kompakten Bauweise (64 x 34 mm/44 x 44 mm) lassen sich die Designs in die unterschiedlichsten Anwendungen der Logistikbranche integrieren – sei es als Nachrüstung oder als fester Bestandteil der Steuerelektronik von Flurförderfahrzeugen.