Die VDA 5050 ist die Definition einer Kommunikationsschnittstelle für Fahrerlose Transportsysteme (FTS). Aktuell (Stand August 2021) befindet sich die Schnittstelle in der Version 1.1 vom Juni 2020 und wurde in einer Kooperation vom Verband der Automobilindustrie (VDA) und dem Fachverband Fördertechnik und Intralogistik (VDMA) definiert. Die Kommunikationsschnittstelle dient dem Austausch von Status- und Auftragsdaten zwischen Fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) und einer zentralen Leitsteuerung.

Die VDA 5050 ist als universell geltende Schnittstelle konzipiert, um

  • neue Fahrzeuge einfach in einen bestehenden Leitstand einzubinden
  • die Integration neuer FTF in ein bestehendes FTS zu vereinfachen
  • den parallelen Betrieb von FTF verschiedener Hersteller im selben Arbeitsumfeld zu ermöglichen

Ursprünglich wurde die Kommunikationsschnittstelle im Hinblick auf die Anforderungen in der Automobilindustrie entwickelt. Da diese Anforderungen aber selbst in diesem Industriezweig so unterschiedlich sind, besteht weiter viel Freiraum für Sonderfälle, spezielle Einsatzszenarien und individuelle Gegebenheiten. Daraus folgt, dass Leitstand und FTS nicht in jedem Fall problemlos miteinander kommunizieren können, obwohl sie beide die VDA 5050 unterstützen. Trotz Standardisierung ist es weiterhin notwendig, zu prüfen, welche Faktoren zur Kommunikation genutzt werden sollen. Trotzdem führt die VDA 5050 insgesamt zu einer erheblichen Reduzierung von Integrationsaufwand und Komplexität.

Kommunikationswege mittels VDA 5050

Die Kommunikationswege können in der Regel die folgenden Teilnehmer umfassen:

  • ERP/Lagerverwaltungssystem
  • Leitsteuerung beziehungsweise Leitsystem
  • Message-Broker (konkret: MQTT-Broker)
  • Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sowie Flottenmanager

Die Leitsteuerung kommuniziert mit dem Lagerverwaltungssystem beziehungsweise mit dem ERP-System, also der Geschäftsressourcenplanung. Beide Akteure dieser Kommunikation sind unabdingbar – im Gegensatz zu den Flottenmanagern. Die optionalen Flottenmanager sind mittlerweile in zahlreichen FTS integriert und übernehmen Aufgaben, die auch vom Leitsystem gesteuert werden können. Beispielsweise kann der Batterieladezustand sowohl über das Leitsystem als auch über den Flottenmanager kommuniziert werden. Das bedeutet, dass entweder das Leitsystem oder der Flottenmanager das entsprechende FTS anweist, zur Ladestation zu fahren und die Batterie wieder aufzuladen. Diese Verantwortlichkeit muss im Vorfeld geklärt werden. In dieser Art gilt es auch in anderen FTS-Funktionalitätsbereichen zu definieren, welche Aspekte der VDA 5050 konkret in der Kommunikation Anwendung finden sollen.

Systemisch stehen sich mit Leitsteuerung und Flottenmanagern separate Informationskomplexe gegenüber. Während die Leitsteuerung die möglichen Routen und jeweiligen Fahraufträge kennt, bilden die FTS mit den herstellerspezifischen Flottenmanagern ihrerseits auch eine Art Einheit. Es gilt also zwischen den verschiedenen Informationsagglomerationen eine Brücke zu schlagen. Dieser Notwendigkeit soll der Message-Broker nachkommen. Dieses System basiert auf mehreren Warteschlangen, die Topics genannt werden. Mithilfe dieser Funktionalität öffnet der Message-Broker die geschlossene Sphäre herstellerspezifischer Flottenmanager. Als Zwischenschicht ermöglicht er es in der Folge, weitere Hardware oder auch ein anderes System an das Leitsystem anzubinden. Beide Akteure können auf diese Weise simultan Nachrichten an ein Topic schicken sowie auch auslesen. Zum Beispiel kann ein Flottenmanager eine Nachricht an ein Topic des Message-Brokers schicken, während das Leitsystem diese Nachricht aus dem Message-Broker heraus bereits abruft.

Was ist das MQTT-Protokoll?

Das MQTT arbeitet mit einem Themen/Abonnenten-Modell, um die Daten direkt mit relevantem Kontext anzureichern.

MQTT steht für Message Queuing Telemetry Transport. Es handelt sich dabei um ein offenes Netzwerkprotokoll für die Kommunikation von Maschine zu Maschine (Machine-to-Machine/M2M). Telemetriedaten werden dabei in Form von Nachrichten übertragen – ein Prinzip, das sogar dann funktioniert, wenn es große Verzögerungen (Latenzzeiten) gibt oder beschränkte Netzwerke beteiligt sind. Bei einem MQTT-Broker handelt es sich um einen Server, der als Zustandsdatenbank fungieren kann, sich insbesondere für Automatisierungslösungen eignet und im weiten Feld des Internet of Things (IoT) breite Anwendung findet. Denn dort treffen die unterschiedlichsten Geräte aufeinander, die entsprechend Daten kommunizieren können – von Sensoren und Aktoren über Smartphones/Handhelds bis hin zu in Fahrzeugen integrierten Systemen.

Die VDA 5050 fungiert nach dem Pull-Prinzip. Dies bedeutet, dass die beteiligten Systeme sich nicht passiv in einer „Wartehaltung“ befinden, bis sie angewiesen werden, eine Aktion auszuführen. Stattdessen muss das jeweilige System selbst (und somit aktiv) eine Verbindung zum Message-Broker herstellen und dann bereit sein, bei Auftreten eines gültigen Topics Aktionen weiterzuleiten, zu verarbeiten oder auszuführen. Systeme, die nach dem Push-Prinzip prozessieren, müssen dementsprechend umgestellt werden. Das Pull-Prinzip wird bei der VDA 5050 besonders effektiv, da jeder Kommunikationsteilnehmer, also jedes System, selbst entscheidet, welche Art von Information beziehungsweise Nachricht es empfangen will. So werden die einzelnen Systeme nicht mit Daten belastet, die für sie und die entsprechenden Prozesse irrelevant sind.

Pull-Prinzip bei der VDA 5050

Die VDA 5050 fungiert nach dem Pull-Prinzip. Dies bedeutet, dass die beteiligten Systeme sich nicht passiv in einer „Wartehaltung“ befinden, bis sie angewiesen werden, eine Aktion auszuführen. Stattdessen muss das jeweilige System selbst (und somit aktiv) eine Verbindung zum Message-Broker herstellen und dann bereit sein, bei Auftreten eines gültigen Topics Aktionen weiterzuleiten, zu verarbeiten oder auszuführen. Systeme, die nach dem Push-Prinzip prozessieren, müssen dementsprechend umgestellt werden. Das Pull-Prinzip wird bei der VDA 5050 besonders effektiv, da jeder Kommunikationsteilnehmer, also jedes System, selbst entscheidet, welche Art von Information beziehungsweise Nachricht es empfangen will. So werden die einzelnen Systeme nicht mit Daten belastet, die für sie und die entsprechenden Prozesse irrelevant sind.

Fazit

Die VDA 5050 ist eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle mittels derer fahrerlose Transportsysteme Status- und Auftragsdaten zwischen fahrerlosen Transportfahrzeugen und einer zentralen Leitsteuerung austauschen können. Ganz allgemein formuliert, ermöglicht die Schnittstelle es, auf einfache Art, neue Fahrzeuge in ein intralogistisches Ökosystem einzubinden, was auch für FTF verschiedener Hersteller gilt. Dadurch können in einem Arbeitsumfeld unterschiedliche sowie bezüglich ihres jeweiligen Systems heterogene FTF parallel betrieben werden. Dies birgt den großen Vorteil, dass die einschränkende Festlegung auf eine einzige Marke beziehungsweise ein einziges System entfällt. Das führt zwar zu einigem Aufwand und eventuellen Umstellungen im Vorfeld, mindert dann aber die Komplexität auf der operativen Ebene enorm und bietet Unternehmen einen enormen Zugewinn an Möglichkeiten der flexiblen Automatisierung sowie Individualisierung bezüglich der eingesetzten FTF und FTS.