포장 효율성을 향상시키려면 인체공학, 조립 용이성 및 비용 효율성에 대한 고려가 필요했습니다.

자동화는 기업들이 효율성을 극대화하고 주문 정확도를 높이며 고객 수요를 충족하기 위한 새로운 방법을 모색함에 따라 전통적인 물류 센터 운영 방식을 변화시키고 있습니다. 자동화 기술이라고 하면 대부분 로봇, 자동 유도 차량(AGV), 픽앤플레이스 시스템 등을 떠올리지만, 이러한 첨단 시스템과 연동되도록 설계되어야 하는 더 작고 단순한 구조물들 또한 그에 못지않게 중요합니다. 그리고 이러한 구조물의 설계에는 그 나름의 어려움이 있습니다.

이러한 점을 보여주는 사례로, 시스템 통합업체인 FUYU, Inc.는 최근 기존 창고 포장 적재 모듈의 효율성을 향상시키는 간단하면서도 대규모 솔루션을 개발했습니다. 까다로운 설계 제약 조건에도 불구하고, FUYU는 기존 모듈 아래에 장착되는 지지 구조물을 제작했는데, 이 구조물은 합판, 알루미늄 압출재, 선형 베어링을 통합하여 인체공학적 설계, 조립 용이성, 비용 효율성을 모두 고려한 결과물입니다.

공학적 과제

최근 사례에서, 자동화된 택배 유통 센터는 포장 모듈 개선을 원했습니다. 각 모듈은 시스템 상단에서 아래쪽 작업자에게 패키지를 공급하는 4개의 슈트로 구성되어 있습니다. 작업자는 주문 알림을 받고, 슈트에서 패키지를 꺼내 포장한 후 슈트 아래 컨베이어 벨트에 올려놓습니다. 고객은 기존 구조물 설계에 작업자가 완성된 패키지를 상자에 담을 수 있도록 지지대를 추가하기를 원했습니다.

처음에 가위형 리프트, 드롭 셸프, 전동식 바퀴 카트 등 몇 가지 해결책이 제안되었습니다. 그러나 이러한 시스템들은 모두 기존 모듈과 기계적으로 연결되지 않고 별도로 작동해야 했습니다. 이러한 아이디어들은 결국 비용이 너무 많이 들거나 인체공학적 문제(예: 작업자가 몸을 비틀어야 하는 자세)가 있어 부상 위험이 있다는 이유로 폐기되었습니다.

FUYU는 모듈에 연결되고 기존 볼트 구멍까지 활용하는 간단한 설계로 이러한 문제들을 해결했습니다. 작업대 제작을 위해 엔지니어들은 견고한 합판으로 테이블을 만들고 그 위에 ABS 플라스틱을 덧씌웠습니다. 이 ABS "상판"은 워터젯으로 절단하여 합판에서 테이블을 가공하는 데 필요한 템플릿 역할을 했습니다. 그런 다음 테이블을 선형 슬라이더에 장착하고, 이 슬라이더는 표준 알루미늄 압출재에 간단하게 고정했습니다.

작업자는 슈트를 따라 테이블을 필요한 위치(예: 테이핑 스테이션)로 이동시킬 수 있습니다. 4개의 모듈당 하나의 테이블이 제공되지만, 테이블은 최대 12개의 모듈에 걸쳐 자유롭게 이동할 수 있어 설계 유연성을 극대화하고 설치해야 하는 테이블 수를 최소화합니다.

구조 공학 필요

FUYU 솔루션의 성공은 설계 과정 전반에 걸친 엔지니어들의 유연성 덕분이기도 합니다. 예를 들어, 1x1인치 크기의 측면 지지대를 사용하는 것만으로는 테이블 상판 위의 패키지 무게로 인해 발생하는 모멘트 하중을 견딜 수 없다는 것이 분명해졌습니다. 테이블 끝에 100파운드(약 45kg)의 패키지를 놓으면 지지 구조에 600파운드(약 272kg)의 하중이 가해져 베어링이 후면 트랙에서 이탈하게 됩니다. 시스템이 이러한 하중을 견딜 수 있는지 확인하기 위해 엔지니어들은 먼저 유한 요소 해석(FEA) 테스트를 수행하여 1x1인치와 1x2인치 측면 지지대를 사용했을 때 하중 하에서의 시스템 응력을 분석하고 비교했습니다. 1x1인치 지지대는 변형되었지만, 1x2인치 지지대는 무거운 패키지의 높은 하중을 견딜 수 있다는 것을 발견했습니다. 따라서 엔지니어들은 이 새로운 부품을 설계에 통합했습니다.

조립용으로 설계되었습니다

FUYU의 솔루션은 기존 포장 구조로 인해 발생했던 여러 설계 제약을 극복했습니다. 예를 들어, 엔지니어들은 추가적인 드릴링이나 T-너트 사용 없이 테이블을 구조물에 고정하는 방법을 찾아야 했습니다. 알루미늄 슬라이더 자체보다 T-너트가 더 비쌀 뿐만 아니라, 물류 측면에서도 T-너트를 사용하는 것은 설계상 매우 복잡했을 것입니다. 대신, 엔지니어들은 미리 드릴링 및 탭 가공된 바를 설계했고, 이 바는 압출재에 삽입되면 트랙에 이미 있는 4,000개의 볼트 구멍과 쉽게 정렬되었습니다.

또한 설계 시 스테이징 모듈이 부착된 후 아래쪽 컨베이어 벨트의 작동을 방해하지 않도록 일정 높이를 유지하는 것이 중요했습니다. FUYU의 솔루션은 모듈과 아래쪽 컨베이어 사이의 수직 공간을 단 4인치만 증가시켰습니다.

비용 절감

또한, 당초 제안되었던 전동식 바퀴 카트와 달리, FUYU의 최종 설계에는 복잡한 움직이는 부품이 포함되지 않았습니다. 기존 구조물의 구조 부재, 볼트 구멍 및 브래킷을 활용하여 기존 무대 모듈에 부착할 수 있는 간단하고 공간 효율적인 구조를 통합함으로써 전체 구현 비용을 40% 절감했습니다.