포장 효율성을 개선하려면 인체공학, 조립 용이성, 비용 효율성에 대한 주의가 필요했습니다.

자동화는 기업들이 효율성을 극대화하고, 주문 정확도를 높이며, 고객 수요를 충족할 새로운 방법을 모색함에 따라 기존 유통 센터의 운영 방식을 변화시키고 있습니다. 자동화 기술이라고 하면 대부분 로봇, 무인 운반 차량, 픽앤플레이스 시스템을 떠올리곤 합니다. 하지만 첨단 시스템과 연동되도록 설계되어야 하는 더 작고 단순한 구조물 또한 마찬가지로 중요합니다. 그리고 이러한 구조물의 설계는 고유한 과제를 안겨줍니다.

시스템 통합업체 FUYU, Inc.는 이러한 점을 입증하기 위해 최근 기존 창고 포장 스테이징 모듈의 효율성을 개선하는 간단하면서도 대규모 솔루션을 개발했습니다. 까다로운 설계 제약에도 불구하고, FUYU는 기존 모듈 아래에 장착되고 합판, 알루미늄 압출재, 리니어 베어링을 통합하는 지지 구조를 개발했습니다. 이 작업은 인체공학, 조립 용이성, 그리고 비용 효율성에 대한 세심한 고려가 필요한 작업이었습니다.

엔지니어링 과제

최근 적용된 사례에서, 자동화된 패키지 유통 센터는 포장 모듈 개선을 모색하고 있었습니다. 각 모듈은 시스템 상단에서 스테이션 운영자까지 패키지를 공급하는 네 개의 슈트(chute)로 구성되어 있습니다. 운영자는 주문 알림을 받고, 주문이 들어오면 패키지를 꺼내 포장한 후 슈트 아래 컨베이어 벨트에 올려놓을 수 있습니다. 고객은 기존 구조물에 지원 플랫폼을 통합하여 운영자가 완성된 주문을 포장할 수 있도록 하고 싶어했습니다.

처음에는 가위 리프트, 드롭 선반, 전동 휠 카트 등 몇 가지 해결책이 제안되었습니다. 그러나 이러한 시스템은 모두 기존 모듈과 기계적으로 연결되지 않고 별도로 작동해야 했습니다. 이러한 아이디어는 비용이 너무 많이 들거나, 작업자가 몸을 비틀어야 하는 등 인체공학적 문제가 있어 결국 폐기되었습니다. 부상 위험이 있었습니다.

FUYU는 모듈에 연결되고 기존 볼트 구멍까지 활용하는 간단한 설계로 이러한 문제를 해결했습니다. 작업대를 위해 엔지니어들은 튼튼한 합판으로 테이블을 제작하고 ABS 플라스틱으로 마감했습니다. 이 ABS "상판"은 워터젯으로 절단하여 합판에서 테이블을 라우팅하는 템플릿으로 사용했습니다. 그런 다음 테이블을 선형 슬라이더에 장착했고, 이 슬라이더는 표준 알루미늄 압출재에 간단히 장착되었습니다.

여기에서 작업자는 슈트 길이를 따라 테이블을 필요한 곳(예: 테이핑 스테이션)으로 밀어 넣을 수 있습니다. 모듈 4개당 테이블이 하나씩 있지만, 테이블은 최대 12개 모듈까지 자유롭게 이동할 수 있어 설계 유연성을 극대화하고 설치해야 하는 테이블 수를 최소화할 수 있습니다.

구조공학이 필요합니다

FUYU 솔루션의 성공은 설계 과정에서 엔지니어의 유연성 덕분이기도 합니다. 예를 들어, 1 x 1인치 측면 막대를 사용하면 테이블 위에 놓인 패키지 무게로 인해 발생하는 모멘트 하중을 감당할 수 없다는 것이 분명해졌습니다. 테이블 끝에 100파운드(45kg) 무게의 패키지를 놓으면 지지 구조에 600파운드(276kg)의 하중이 가해져 베어링이 뒤쪽 트랙에서 빠질 것입니다. 시스템이 이러한 하중을 견딜 수 있는지 확인하기 위해 엔지니어들은 먼저 1 x 1인치(45kg) 및 1 x 2인치(60kg) 측면 막대를 사용하여 하중 하에서 시스템 응력을 분석하고 비교하는 유한 요소 해석(FEA) 시험을 수행했습니다. 1 x 1인치 막대는 휘어졌지만, 엔지니어들은 1 x 2인치 막대가 무거운 패키지의 높은 하중을 견딜 수 있다는 것을 발견했습니다. 따라서 이 새로운 구성 요소를 설계에 통합했습니다.

조립용으로 설계됨

FUYU의 솔루션은 기존 패키징 구조로 인해 발생했던 여러 설계 제약을 극복했습니다. 첫째, 엔지니어들은 추가 드릴링이나 T-너트 사용 없이 테이블을 구조물에 부착하는 방법을 찾아야 했습니다. 알루미늄 슬라이더 자체보다 비용이 더 많이 들 뿐만 아니라, 물류 측면에서도 T-너트를 사용하는 것은 설계상 매우 어려운 과제였습니다. 따라서 엔지니어들은 미리 드릴링 및 탭핑 처리된 바를 설계하여, 돌출부에 삽입하면 트랙의 4,000개 기존 볼트 구멍과 쉽게 정렬되도록 했습니다.

또한, 스테이징 모듈이 부착된 후 컨베이어 벨트를 방해하지 않도록 설계 시 일정 높이를 유지하는 것도 중요했습니다. FUYU의 솔루션은 모듈과 그 아래 컨베이어 사이의 수직 공간을 4인치(약 10cm)만 늘렸습니다.

비용 절감

또한, 원래 제안된 동력식 바퀴 달린 카트와 달리, FUYU의 최종 설계에는 복잡한 이동 부품이 포함되지 않았습니다. 기존 구조물의 구조 부재, 볼트 구멍, 브래킷을 사용하여 기존 스테이징 모듈에 부착할 수 있는 간단하고 공간 효율적인 구조를 통합하여 완벽한 통합을 실현했습니다. 이를 통해 전체 구현 비용을 40% 절감할 수 있었습니다.