Eine Verbesserung der Verpackungseffizienz erforderte die Berücksichtigung von Ergonomie, Montagefreundlichkeit und Kosteneffizienz.

Die Automatisierung verändert die Arbeitsweise traditioneller Distributionszentren, da Unternehmen nach neuen Wegen suchen, ihre Effizienz zu maximieren, die Auftragsgenauigkeit zu erhöhen und die Kundennachfrage zu befriedigen. Bei Automatisierungstechnik denken die meisten Menschen an Roboter, fahrerlose Transportsysteme und Kommissioniersysteme. Genauso wichtig sind jedoch die kleineren, einfacheren Strukturen, die für die Schnittstelle mit den Hightech-Systemen entwickelt werden müssen. Und deren Konstruktion stellt ganz eigene Herausforderungen dar.

Um dies zu verdeutlichen, entwickelte der Systemintegrator FUYU, Inc. kürzlich eine einfache, aber dennoch großflächige Lösung zur Effizienzsteigerung eines bestehenden Lagerverpackungsmoduls. Trotz anspruchsvoller Konstruktionsvorgaben schuf das Unternehmen eine Tragkonstruktion, die unter dem bestehenden Modul montiert wird und eine Anordnung aus Sperrholz, Aluminiumprofilen und Linearführungen integriert – eine Leistung, die besonderes Augenmerk auf Ergonomie, einfache Montage und Kosteneffizienz erforderte.

Technische Herausforderungen

In diesem aktuellen Projekt wollte ein automatisiertes Paketverteilzentrum seine Verpackungsmodule optimieren. Jedes Modul besteht aus vier Rutschen, die Pakete von oben zum Stationsbediener befördern. Der Bediener wird über einen Auftrag benachrichtigt, kann diesen entnehmen, verpacken und auf ein unterhalb der Rutschen liegendes Förderband legen. Der Kunde wünschte sich, in die bestehende Struktur Stützplattformen zu integrieren, auf denen die Bediener die fertigen Bestellungen verpacken können.

Zunächst wurden einige Lösungen vorgeschlagen, darunter eine Scherenhebebühne, ein Klappregal und ein motorisierter Wagen. Alle diese Systeme hätten jedoch unabhängig vom bestehenden Modul funktioniert und wären nicht mechanisch mit diesem verbunden gewesen. Diese Ideen wurden schließlich verworfen, da sie zu kostspielig waren oder ergonomische Probleme mit sich brachten, beispielsweise Drehbewegungen der Arbeiter, wodurch ein Verletzungsrisiko bestand.

FUYU löste diese Probleme schließlich mit einer einfachen Konstruktion, die sich an das Modul anschließt und sogar dessen vorhandene Befestigungslöcher nutzt. Für die Arbeitsfläche fertigten die Ingenieure Tische aus robustem Sperrholz an, die sie mit ABS-Kunststoff beschichteten. Diese ABS-Platten wurden per Wasserstrahlschneiden zugeschnitten und dienten als Schablone zum Ausfräsen der Tische aus dem Sperrholz. Anschließend wurden die Tische auf einem Linearschlitten montiert, der wiederum einfach in ein Standard-Aluminiumprofil eingesetzt wurde.

Von dort aus können die Arbeiter einen Tisch entlang der Rutschen an den gewünschten Ort schieben – beispielsweise an eine Klebestation. Obwohl jeweils ein Tisch pro vier Module vorgesehen ist, können die Tische frei über bis zu zwölf Module bewegt werden. Dies maximiert die Gestaltungsflexibilität und minimiert die Anzahl der zu installierenden Tische.

Statische Berechnung erforderlich

Der Erfolg der FUYU-Lösung ist unter anderem der Flexibilität der Ingenieure im Entwicklungsprozess zu verdanken. So zeigte sich beispielsweise, dass eine 1 x 1 Zoll große Querstrebe die durch das Gewicht der Pakete auf den Tischplatten entstehenden Momenten nicht aufnehmen konnte. Ein 100 Pfund schweres Paket am Ende eines Tisches erzeugte eine Last von 600 Pfund auf die Tragkonstruktion und zog das Lager aus der hinteren Führungsschiene. Um sicherzustellen, dass das System diesen Lasten standhält, führten die Ingenieure zunächst eine Finite-Elemente-Analyse (FEA) durch, um die Systemspannungen unter Last mit einer 1 x 1 Zoll und einer 1 x 2 Zoll großen Querstrebe zu analysieren und zu vergleichen. Während sich die 1 x 1 Zoll große Strebe durchbog, stellten die Ingenieure fest, dass die 1 x 2 Zoll große Strebe die hohen Lasten der schweren Pakete tragen konnte. Daher integrierten sie diese neue Komponente in ihre Konstruktion.

Für die Montage vorgesehen.

Die Lösung von FUYU überwand mehrere konstruktionsbedingte Einschränkungen, die allesamt durch die bestehende Verpackungsstruktur vorgegeben waren. So mussten die Ingenieure beispielsweise eine Möglichkeit finden, die Tische ohne zusätzliche Bohrungen oder den Einsatz von T-Muttern an der Struktur zu befestigen. Abgesehen davon, dass die Verwendung von T-Muttern teurer als die Aluminiumschienen selbst gewesen wäre, hätte sie logistisch einen enormen Konstruktionsaufwand bedeutet. Stattdessen entwickelten die Ingenieure vorgebohrte und mit Gewinde versehene Stangen, die nach dem Einsetzen in die Profile problemlos mit den 4.000 vorhandenen Bolzenlöchern der Schiene übereinstimmten.

Es war außerdem wichtig, dass die Konstruktion eine gewisse Höhe beibehielt, um das Förderband unterhalb des Montagemoduls nach dessen Anbringung nicht zu behindern. Die Lösung von FUYU vergrößerte den vertikalen Abstand zwischen Modul und Förderband um lediglich vier Zoll.

Kosteneinsparungen

Im Gegensatz zum ursprünglich vorgeschlagenen motorisierten Wagen enthielt der finale Entwurf von FUYU keine komplexen beweglichen Teile. Er integrierte eine einfache, platzsparende Konstruktion, die mithilfe der vorhandenen Strukturelemente, Bolzenlöcher und Halterungen nahtlos an das bestehende Gerüstmodul angefügt werden konnte – wodurch die Gesamtkosten um 40 % gesenkt wurden.