So gelingt die Zulassung von fahrerlosen Transportsystemen
Freie Fahrt auf freien Märkten
Zertifizierungen - z.B. nach ISO, IEC, EN, UL, CSA, ANSI, EAC und SEMI sowie GMA - sind unerlässlich, um fahrerlose Transportsysteme erfolgreich auf den Markt zu bringen. Besonders international betrachtet und bei vollintegrierten Systemen werden die Voraussetzungen jedoch schnell unübersichtlich. Die folgenden Aspekte und normativen Anforderungen sollten Verantwortliche auf jeden Fall bei Planung und Umsetzung beachten.
Bild: ©Chesky/ShutterstockPersonen im Umfeld eines FTS müssen zuverlässig erkannt werden. Dafür empfiehlt es sich, Daten aus mehreren unterschiedlichen Sensoren auszuwerten und zu verknüpfen. 3D-Laserscanner, Ultraschallsensoren oder Industriekameras sind hier nur einige Möglichkeiten. Die Stärke einer maschinenzentrierten, zweidimensionalen Sicht ist die punktuelle Positionsbestimmung. Andere Systeme können räumlich-zeitlich und hochaufgelöst gesamte Körper erfassen. Wichtig sind die Sicherheitsfelder, die Sensoren um das Fahrzeug schaffen. Sie können Kollisionen mit Personen und Hindernissen verhindern. Wenn Personen in den Transportbereich geraten können, ist es grundlegend Fehler bei der dynamischen Parametrierung - z.B. durch das kontinuierliche Anpassen und Umschalten der Sicherheitsfelder - auszuschließen. Auch die Kommunikation von Systemen unterschiedlicher Hersteller ist zentral. Z.B. müssen sie auch in einem diversifizierten FTS-Fuhrpark reibungslos zusammenarbeiten. Funkbefehle über WLAN mit Lasernavigation, Indoor-GPS oder magnetischen Leitlinien zu kombinieren, ist dabei meist weniger zuverlässiger als eine standardisierte Lösung zu wählen. Mit standardisierter Kommunikation und einheitlichen Protokollen müssen Daten nicht mehr interpretiert oder umgerechnet werden. Eine exakte Positionserkennung reduziert Fehlfunktionen.
Steuersoftware und funktionale Sicherheit
Es lohnt sich, in eine gute und erprobte Steuersoftware zu investieren. Denn sie verhindert, dass die Systeme durch Dritte manipuliert oder übernommen werden können. Sie sorgt für deutlich mehr Security, die auch Safety-relevant ist, und garantiert eine höhere Verfügbarkeit des Systems. Ob eine direkte Zuordnung von IP-Adressen, standardisierte Schnittstellen oder der Einsatz einer Software, die über einen längeren Zeitraum erfolgreich eingesetzt und mehrfach fehlerbereinigt wurde - Best Practices gibt es hier viele. Sicherer ist es dabei oft, bestehende Programmbausteine zu konfigurieren und zu nutzen, als sie neu zu programmieren und zu testen. Die Normenreihe IEC62443 liefert in diesem Kontext wichtige Design- und Bewertungskriterien. Systematische Fehler sind der häufigste Grund dafür, dass elektrische, elektronische oder programmierbare Systeme versagen, wie verschiedene Studien zeigen. Solche Fehler lassen sich mithilfe eines professionellen Managements der funktionalen Sicherheit (z.B. nach IEC61508-1) reduzieren. Von der Planung über die Produktion bis hin zur Außerbetriebnahme ist dafür der gesamte Lebenszyklus der sicherheitsgerichtete Systeme und Komponenten in den Blick zu nehmen. Mögliche Fehlerquellen zu analysieren und dafür standardisierte Lösungen umzusetzen, ist ebenfalls Aufgabe der Hersteller und Betreiber.
Bild: ©Phonlamai_Photo/shutterstockElektrische Sicherheit und Batterien
Die elektrischen Sicherheitsanforderungen an ein FTS sind ebenfalls nicht zu unterschätzen. Grundsätzlich empfehlen sich redundant ausgelegte sicherheitstechnische Systeme, die auch bei Störungen einsatzfähig bleiben. Unter anderem sind energiespeichernde Komponenten wichtig - ob Ladevorrichtungen, Batterien, Federkraftbremsen oder hydraulische Systeme. Alle müssen sich aufgrund ihrer Konstruktion gefahrlos austauschen oder entfernen lassen. Anschlüsse automatischer Ladesysteme sollten sich automatisch deaktivieren, wenn das Transportfahrzeug und die Ladestation nicht verbunden sind (konduktiv oder induktiv). Es ist zu empfehlen, die Sicherheitsanforderungen mit allen Komponenten und Subsystemen abzugleichen. Z.B. werden elektrische Komponenten nach EN1175 ausgelegt. Für den fahrerlosen Betrieb umfasst die Norm aber keine Funktionen. Dann dienen ISO3691-4 und IEC60204-1 als Planungsbasis. Für Antriebe mit Frequenzumrichter sind die internationalen Normen IEC61800 und UL61800 grundlegend. Die Batterien der FTS sollten auf jeden Fall unter den jeweiligen Einsatzbedingungen geprüft werden. Denn bei Einsatz in unterschiedlichen Ländern und Umgebungen müssen die Zellen unterschiedlichen Bedingungen standhalten. Die Transportdauer zum Verwendungs- oder Einbauort kann ebenfalls sehr unterschiedlich sein. Dass sich die Batterien bei physischer Beschädigung akzeptabel verhalten, sollte in einem Nachweis festgehalten sein. Z.B. verifiziert der Transporttest nach UN38.3 Test diese Eigenschaften. Ein geeignetes Batteriemanagementsystem muss unter anderem die Ladung zwischen den Zellen ausgleichen und den Ladestrom im Blick haben. Damit steigt der Bedarf an Alterungs- und Performancetests. TÜV Süd hatte dafür zuletzt seine Prüfkapazitäten mit über 700 zusätzlichen Testkanälen für die Zell-Performance ausgebaut.
Überblick bekommen und behalten
Die vielen und hohen Sicherheitsanforderungen an FTS und die benötigten Nachweise stellen Integratoren, Betreiber und Hersteller nicht selten vor Herausforderungen. Ein gutes und international orientiertes Gesamtmanagement ist unerlässlich, um erfolgreich zu sein und zu bleiben. International aufgestellte Experten helfen, die länderspezifischen Normen und gesetzlichen Regelungen zu erfüllen, was den Marktzugang beschleunigt.
Normen für vollintegrierte Systeme
Besonders viele Normen sind bei Systemen zu erfüllen, wenn fahrerlose Transportsysteme mit Robotern oder Roboterarmen kombiniert werden. Die Komponenten und Normen lassen sich allerdings nicht immer ganz klar voneinander abgrenzen. Und dieselben Konstruktionsteile werden teils von unterschiedlichen Normen adressiert. Daher ist die langjährige Erfahrung bei der Zulassung von FTS für internationale Märkte ein Erfolgsschlüssel.
Zertifizierungen - z.B. nach ISO, IEC, EN, UL, CSA, ANSI, EAC und SEMI sowie GMA - sind unerlässlich, um fahrerlose Transportsysteme erfolgreich auf den Markt zu bringen. Besonders international betrachtet und bei vollintegrierten Systemen werden die Voraussetzungen jedoch schnell unübersichtlich. Die folgenden Aspekte und normativen Anforderungen sollten Verantwortliche auf jeden Fall bei Planung und Umsetzung beachten.
Bild: ©Chesky/ShutterstockPersonen im Umfeld eines FTS müssen zuverlässig erkannt werden. Dafür empfiehlt es sich, Daten aus mehreren unterschiedlichen Sensoren auszuwerten und zu verknüpfen. 3D-Laserscanner, Ultraschallsensoren oder Industriekameras sind hier nur einige Möglichkeiten. Die Stärke einer maschinenzentrierten, zweidimensionalen Sicht ist die punktuelle Positionsbestimmung. Andere Systeme können räumlich-zeitlich und hochaufgelöst gesamte Körper erfassen. Wichtig sind die Sicherheitsfelder, die Sensoren um das Fahrzeug schaffen. Sie können Kollisionen mit Personen und Hindernissen verhindern. Wenn Personen in den Transportbereich geraten können, ist es grundlegend Fehler bei der dynamischen Parametrierung - z.B. durch das kontinuierliche Anpassen und Umschalten der Sicherheitsfelder - auszuschließen. Auch die Kommunikation von Systemen unterschiedlicher Hersteller ist zentral. Z.B. müssen sie auch in einem diversifizierten FTS-Fuhrpark reibungslos zusammenarbeiten. Funkbefehle über WLAN mit Lasernavigation, Indoor-GPS oder magnetischen Leitlinien zu kombinieren, ist dabei meist weniger zuverlässiger als eine standardisierte Lösung zu wählen. Mit standardisierter Kommunikation und einheitlichen Protokollen müssen Daten nicht mehr interpretiert oder umgerechnet werden. Eine exakte Positionserkennung reduziert Fehlfunktionen.
Steuersoftware und funktionale Sicherheit
Es lohnt sich, in eine gute und erprobte Steuersoftware zu investieren. Denn sie verhindert, dass die Systeme durch Dritte manipuliert oder übernommen werden können. Sie sorgt für deutlich mehr Security, die auch Safety-relevant ist, und garantiert eine höhere Verfügbarkeit des Systems. Ob eine direkte Zuordnung von IP-Adressen, standardisierte Schnittstellen oder der Einsatz einer Software, die über einen längeren Zeitraum erfolgreich eingesetzt und mehrfach fehlerbereinigt wurde - Best Practices gibt es hier viele. Sicherer ist es dabei oft, bestehende Programmbausteine zu konfigurieren und zu nutzen, als sie neu zu programmieren und zu testen. Die Normenreihe IEC62443 liefert in diesem Kontext wichtige Design- und Bewertungskriterien. Systematische Fehler sind der häufigste Grund dafür, dass elektrische, elektronische oder programmierbare Systeme versagen, wie verschiedene Studien zeigen. Solche Fehler lassen sich mithilfe eines professionellen Managements der funktionalen Sicherheit (z.B. nach IEC61508-1) reduzieren. Von der Planung über die Produktion bis hin zur Außerbetriebnahme ist dafür der gesamte Lebenszyklus der sicherheitsgerichtete Systeme und Komponenten in den Blick zu nehmen. Mögliche Fehlerquellen zu analysieren und dafür standardisierte Lösungen umzusetzen, ist ebenfalls Aufgabe der Hersteller und Betreiber.
Bild: ©Phonlamai_Photo/shutterstockElektrische Sicherheit und Batterien
Die elektrischen Sicherheitsanforderungen an ein FTS sind ebenfalls nicht zu unterschätzen. Grundsätzlich empfehlen sich redundant ausgelegte sicherheitstechnische Systeme, die auch bei Störungen einsatzfähig bleiben. Unter anderem sind energiespeichernde Komponenten wichtig - ob Ladevorrichtungen, Batterien, Federkraftbremsen oder hydraulische Systeme. Alle müssen sich aufgrund ihrer Konstruktion gefahrlos austauschen oder entfernen lassen. Anschlüsse automatischer Ladesysteme sollten sich automatisch deaktivieren, wenn das Transportfahrzeug und die Ladestation nicht verbunden sind (konduktiv oder induktiv). Es ist zu empfehlen, die Sicherheitsanforderungen mit allen Komponenten und Subsystemen abzugleichen. Z.B. werden elektrische Komponenten nach EN1175 ausgelegt. Für den fahrerlosen Betrieb umfasst die Norm aber keine Funktionen. Dann dienen ISO3691-4 und IEC60204-1 als Planungsbasis. Für Antriebe mit Frequenzumrichter sind die internationalen Normen IEC61800 und UL61800 grundlegend. Die Batterien der FTS sollten auf jeden Fall unter den jeweiligen Einsatzbedingungen geprüft werden. Denn bei Einsatz in unterschiedlichen Ländern und Umgebungen müssen die Zellen unterschiedlichen Bedingungen standhalten. Die Transportdauer zum Verwendungs- oder Einbauort kann ebenfalls sehr unterschiedlich sein. Dass sich die Batterien bei physischer Beschädigung akzeptabel verhalten, sollte in einem Nachweis festgehalten sein. Z.B. verifiziert der Transporttest nach UN38.3 Test diese Eigenschaften. Ein geeignetes Batteriemanagementsystem muss unter anderem die Ladung zwischen den Zellen ausgleichen und den Ladestrom im Blick haben. Damit steigt der Bedarf an Alterungs- und Performancetests. TÜV Süd hatte dafür zuletzt seine Prüfkapazitäten mit über 700 zusätzlichen Testkanälen für die Zell-Performance ausgebaut.
Überblick bekommen und behalten
Die vielen und hohen Sicherheitsanforderungen an FTS und die benötigten Nachweise stellen Integratoren, Betreiber und Hersteller nicht selten vor Herausforderungen. Ein gutes und international orientiertes Gesamtmanagement ist unerlässlich, um erfolgreich zu sein und zu bleiben. International aufgestellte Experten helfen, die länderspezifischen Normen und gesetzlichen Regelungen zu erfüllen, was den Marktzugang beschleunigt.
Normen für vollintegrierte Systeme
Besonders viele Normen sind bei Systemen zu erfüllen, wenn fahrerlose Transportsysteme mit Robotern oder Roboterarmen kombiniert werden. Die Komponenten und Normen lassen sich allerdings nicht immer ganz klar voneinander abgrenzen. Und dieselben Konstruktionsteile werden teils von unterschiedlichen Normen adressiert. Daher ist die langjährige Erfahrung bei der Zulassung von FTS für internationale Märkte ein Erfolgsschlüssel.
TÜV SÜD Product Service GmbH
Dieser Artikel erschien in ROBOTIK UND PRODUKTION 4 (August) 2020 - 20.08.20.Für weitere Artikel besuchen Sie www.robotik-produktion.de
