Um die Verpackungseffizienz zu verbessern, mussten Ergonomie, Montagefreundlichkeit und Kosteneffizienz berücksichtigt werden.

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 erfüllen. Bei Automatisierungstechnologie denken die meisten Menschen an Roboter, fahrerlose Transportfahrzeuge und Pick-and-Place-Systeme. Doch ebenso wichtig sind die kleineren, einfacheren Strukturen, die für die Schnittstelle zu den Hightech-Systemen entwickelt werden müssen. Und ihre Konstruktion bringt ihre eigenen Herausforderungen mit sich.

Um dies zu verdeutlichen, entwickelte der Systemintegrator FUYU, Inc. kürzlich eine einfache, aber groß angelegte Lösung zur Verbesserung der Effizienz eines bestehenden Verpackungsmoduls. Trotz anspruchsvoller Designvorgaben entwickelte das Unternehmen eine Stützstruktur, die unter dem bestehenden Modul montiert wird und eine Anordnung aus Sperrholz, Aluminiumprofilen und Linearlagern integriert. Dabei wurde Wert auf Ergonomie, Montagefreundlichkeit und Kosteneffizienz gelegt.

Technische Herausforderungen

In diesem aktuellen Anwendungsfall suchte ein automatisiertes Paketverteilzentrum nach einer Verbesserung seiner Verpackungsmodule. Jedes Modul besteht aus vier Rutschen, die Pakete von oben nach unten zum Stationsbediener führen. Der Bediener wird über eine Bestellung informiert und kann diese von dort aus entnehmen, verpacken und auf ein Förderband unter den Rutschen legen. Der Kunde wollte in die Konstruktion dieser bestehenden Struktur Stützplattformen integrieren, mit denen die Bediener die fertigen Bestellungen verpacken können.

Zunächst wurden einige Lösungen vorgeschlagen, darunter eine Scherenhebebühne, ein Klappregal und ein motorisierter Rollwagen. Alle diese Systeme konnten jedoch unabhängig vom vorhandenen Modul betrieben werden, ohne dass eine mechanische Verbindung mit diesem erforderlich war. Diese Ideen wurden schließlich verworfen, da sie zu teuer waren oder ergonomische Probleme mit sich brachten, da sich die Arbeiter beispielsweise verdrehen mussten und so Verletzungsgefahr bestand.

FUYU löste diese Probleme schließlich mit einem einfachen Design, das sich mit dem Modul verbindet und sogar dessen vorhandene Schraubenlöcher nutzt. Als Arbeitsfläche konstruierten die Ingenieure Tische aus stabilem Sperrholz, die sie mit ABS-Kunststoff verkleideten. Diese ABS-„Platten“ wurden mit einem Wasserstrahl zugeschnitten und dienten als Schablone zum Fräsen der Tische aus dem Sperrholz. Die Tische wurden anschließend auf einem Linearschlitten montiert, der einfach in ein Standard-Aluminiumprofil eingepasst wurde.

Von dort aus können die Mitarbeiter einen Tisch entlang der Rutschen dorthin schieben, wo er benötigt wird – beispielsweise zu einer Klebestation. Zwar gibt es einen Tisch pro vier Module, doch können die Tische frei über bis zu 12 Module hinweg verschoben werden. Dies maximiert die Designflexibilität und minimiert die Anzahl der zu installierenden Tische.

Tragwerksplanung erforderlich

Der Erfolg der FUYU-Lösung ist teilweise der Flexibilität der Ingenieure im Verlauf des Designprozesses zu verdanken. So wurde beispielsweise deutlich, dass eine 1 x 1 Zoll große Querstange die Momentbelastungen, die durch das Gewicht der Pakete auf den Tischplatten entstehen, nicht aufnehmen könnte. Ein 100 Pfund schweres Paket am Ende eines Tisches würde eine Last von 600 Pfund auf der Stützstruktur erzeugen und das Lager aus der hinteren Schiene ziehen. Um sicherzustellen, dass das System diesen Belastungen standhalten kann, führten die Ingenieure zunächst einen Finite-Elemente-Analyse-Test (FEA) durch, um die Systemspannung unter Belastung mit einer 1 x 1 Zoll großen und einer 1 x 2 Zoll großen Querstange zu analysieren und zu vergleichen. Während sich die 1 x 1 Zoll große Stange durchbogen, stellten die Ingenieure fest, dass die 1 x 2 Zoll große Stange die hohen Lasten der schweren Pakete tragen konnte. Daher integrierten sie diese neue Komponente in ihr Design.

Konzipiert für die Montage

Die Lösung von FUYU überwand mehrere Designbeschränkungen, die alle durch die vorhandene 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 sie teurer als die Aluminiumgleiter selbst gewesen wären, wäre der Einsatz von T-Muttern auch logistisch ein Design-Albtraum gewesen. Stattdessen entwarfen die Ingenieure vorgebohrte und mit Gewinden versehene Stangen, die sich nach dem Einsetzen in die Profile problemlos an den 4.000 vorhandenen Bolzenlöchern der Schiene ausrichten ließen.

Wichtig war außerdem, dass die Konstruktion eine gewisse Höhe beibehielt, um das Förderband unter dem Bereitstellungsmodul nach dessen Anbringung nicht zu behindern. Die Lösung von FUYU vergrößerte den vertikalen Abstand zwischen dem Modul und dem darunterliegenden Förderband lediglich um zehn Zentimeter.

Kosteneinsparungen

Darüber hinaus enthielt der endgültige Entwurf von FUYU im Gegensatz zum ursprünglich vorgeschlagenen motorisierten Rollwagen keine komplexen beweglichen Teile. Er integrierte eine einfache, platzsparende Struktur, die mithilfe der Strukturelemente, Bolzenlöcher und Halterungen der vorhandenen Struktur nahtlos an das vorhandene Bühnenmodul angeschlossen werden konnte. Dadurch reduzierten sich die Gesamtkosten der Implementierung um 40 %.