Malz++Kassner GmbH: CAD berechnet Trassen für autonome Fahrzeuge

| Redakteur: Luca Meister

Zur Planung der Fahrspuren setzt die Götting KG die Software «CAD6» von Malz++Kassner ein. Dank eines speziellen Plug-ins können hier alle relevanten Fahrzeugparameter eingegeben werden und fliessen direkt in der Berechnung der Routen ein. (Bild: Götting)
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Zur Planung der Fahrspuren setzt die Götting KG die Software «CAD6» von Malz++Kassner ein. Dank eines speziellen Plug-ins können hier alle relevanten Fahrzeugparameter eingegeben werden und fliessen direkt in der Berechnung der Routen ein. (Bild: Götting)

>> Die deutsche Götting KG plant Trassen für fahrerlose Fahrzeuge vom Kurvenradius bis zur Geschwindigkeit mit einer speziellen CAD-Software. Das Unternehmen hat dazu in Kooperation mit der IT-Firma Malz++Kassner eine eigene Erweiterung des Design-Programms «CAD6 Studio» entwickelt. Damit können Fahrzeugbewegungen einschliesslich Schleppkurven anhand einer vorgegebenen Spur simuliert werden.

mei. Sie bringen Werkstücke von einer Maschine zur nächsten oder befördern ganze LKW-Ladungen zwischen verschiedenen Fabrikhallen: Fahrerlose Transportsysteme (FTS) erledigen wiederkehrende Logistikprozesse automatisiert und bleiben dabei flexibler als schienengebundene Fahrzeuge. Entscheidend für den reibungslosen Ablauf sind Navigation und Spurführung der eigenständigen Transporter. Gleichzeitig wird die Software auch für Bauteilentwürfe genutzt: Dank einer Hilfslinienfunktion lassen sich darin komplexe Geometrien auf einfache Weise konstruieren.

Navigation über Transponder

Wo Schienenfahrzeuge oder Förderstrassen zu teuer, zu aufwändig oder zu unflexibel sind, bringen fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) in Form von Gabelstaplern, Frachtplattformen mit eigenem Abtrieb oder LKW Waren von A nach B. Die Götting KG ist auf diesem Gebiet führend: Unternehmen vom Klebstoffhersteller bis zum Automobilproduzenten wurden bereits mit ihren Spurführungstechniken ausgerüstet. Die Ingenieure nutzen je nach Anforderung verschiedene Systeme wie Leitdrähte, optische Markierungen oder GPS. Eine beliebte Lösung sind auch Transponder. «Diese haben den Vorteil, dass man zur Spur- festlegung nicht die ganze Strecke aufreissen, sondern nur wenige Löcher bohren muss», erklärt Matthias Götting von der Götting KG. «Darüber hinaus funktionieren die Transponder unabhängig von Witterung und Belagszustand. Das Fahrzeug weicht auch bei stark verschmutzter Fahrbahn nicht von der Spur ab.» Dadurch können die FTF sogar in Hafenbereichen eingesetzt werden.

CAD-Programm um Fahrspursimulation erweitert

Berechnung und Festlegung der Spuren für die Transpondersysteme stellen allerdings hohe Ansprüche an die Planer. «Das Problem dahinter ist, dass die Kanten eines Fahrzeugs nicht seiner Fahrspur entsprechen, sie folgen nicht exakt demselben Verlauf. Deshalb kann man z. B. nicht pauschal sagen, dass für einen LKW von 2,55 Meter Breite eine drei Meter breite Spur ausreicht», erläutert Götting. Daher wurde zur Trassenbestimmung eine eigene Simulationsanwendung nötig. Als Basis diente die im Unternehmen bereits seit Jahren verwendete Zeichensoftware «CAD6» der Malz++Kassner GmbH. Das leicht zu bedienende und in verschiedene Sprachen einstellbare Programm wird auch Kunden zur Verfügung gestellt. Entscheidendes Kriterium war, dass «CAD6» über offene Schnittstellen verfügt, die es erlauben, eigene Erweiterungen zu implementieren. Dadurch konnten die FTS-Spezialisten die Berechnungsgrundlagen zur Fahrspurbestimmung entwickeln und diese dann von Malz++Kassner in ein Plug-in umsetzen lassen. Dieses Modul ermöglicht das Erstellen, Bearbeiten und Exportieren von Bahnkurven, die von Fahrzeugcontrollern verarbeitet werden können. Die Grundlage bilden dabei Hallen- oder Geländepläne, wie Stefan Malz, einer der Geschäftsführer von Malz++Kassner, erklärt: «Pläne in den CAD-Formaten DXF oder DWG lassen sich direkt importieren und bearbeiten. Eingescannte Papierpläne, die nicht in diesen Formaten vorliegen, können als Hintergrund zur Orientierung eingefügt werden.» Zusätzlich müssen die genauen Parameter des später verwendeten Fahrzeugs eingetragen werden, wie Typ, Masse, Achsabstand, Lenkwinkel usw. Wird dann die Spur als dünne Bahnkurve in den Plan gezeichnet, berechnet das Programm anhand dieser Parameter die tatsächlichen Ausmasse der Fahrspur. Dabei wird gewissermassen das Abfahren der Bahn durch das Fahrzeug simuliert, um Engstellen und kritische Punkte zu lokalisieren.

Kurvenradien und Geschwindigkeiten festlegen

Vor allem Kurven, Rückwärtsfahrten und Schleppvorgänge sind berechnungsintensiv, da die Achsen hinter der Lenkachse aus der Spur laufen und dadurch das Fahrzeug eine grössere Fläche überstreicht. Die Hinterräder folgen einer so genannten Schleppkurve, wobei der genaue Platzbedarf von Kurvenradius, Länge des Fahrzeugs, Achslage und -zahl sowie der Gliederung des Fahrzeugs bestimmt wird. Je enger die Kurve und je länger das Transportmittel ist, umso grösser ist die Fläche, die für die Kurvenbewegung freigehalten werden muss.

Um die Fahrspur für die Praxis ideal zu gestalten, wird daher ihre Kontur im CAD-Programm mehrfach angelegt, rechnerisch abgefahren, verbessert und erneut abgefahren. Über die Fahrzeugparameter werden dabei die endgültigen Masse der Trasse bestimmt. «Indem die Bahnkurve diese Parameter berücksichtigt und Kurvenradien sowie Lenkbeschleunigungen entsprechend wählt, wird sichergestellt, dass das Fahrzeug später auch alle Kurven bewältigen kann», führt Softwareentwickler Malz aus. So wird zum Beispiel auch das Nachlaufen von Anhängern mit einbezogen. Die am Ende entstandene Spur setzt sich aus einer Fülle von Knotenpunkten zusammen. Aus diesen ermittelt das Programm eine Anzahl von Stützpunkten, welche die Strecke definieren. Zusätzlich werden auch Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Stopps über das Plug-in via CAD6 in die Bahnzeichnung eingetragen. Stützpunkte und Geschwindigkeiten werden schliesslich in eine Transpondersteuerung umgesetzt, über die das Fahrzeug von Knoten zu Knoten navigiert und jeweils Position und Tempo kontrolliert.

Hilfsliniensystem Basis für komplexe Zeichnungen

Neben dieser Sonderanwendung wird CAD6 bei der Götting KG auch für herkömmliche Konstruktionsaufgaben benutzt. «Wir produzieren einige mechanische Teile selbst, zum Beispiel Gehäuse. Diese können wir mit der Software einfach entwerfen und mit den nötigen Daten für die Fertigung versehen», berichtet Götting. «Dabei ist die Option des Programms, Hilfskonstruktionen einzusetzen, sehr nützlich.» Diese Hilfslinien sind eine Besonderheit der Zeichensoftware und ermöglichen es, komplexe Geometrien aus einfachen Formen oder Konstanten abzuleiten. So berechnet das Programm beispielsweise auf Befehl die Seiten- oder Winkelhalbierenden eines Rechtecks, wodurch man seinen exakten Mittelpunkt feststellen kann. Über die integrierte Fangfunktion können Schnitt- und Eckpunkte dieser Hilfslinien direkt als Ausgangspunkte für die weitere Zeichnung benutzt werden. Auch die einzelnen Linien- und Kurvenabschnitte selbst lassen sich mit einfachen Menübefehlen in die eigentliche Konstruktion einbinden, um etwa Aussparungen oder Winkel zu erzeugen. <<

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