梱包効率の向上には、人間工学、組み立ての容易さ、コスト効率への配慮が必要でした。

企業が効率を最大化し、注文精度を高め、顧客の需要を満たすための新たな方法を模索する中で、自動化は従来の配送センターの運営方法を変えつつあります。自動化技術というと、多くの人はロボット、無人搬送車、ピックアンドプレースシステムを思い浮かべるでしょう。しかし、ハイテクシステムと連携するために設計される、より小型でシンプルな構造物も同様に重要です。そして、それらの設計には独自の課題が伴います。

この点を実証するシステムインテグレーターのFUYU株式会社は最近、既存の倉庫梱包用ステージングモジュールの効率を向上させる、シンプルでありながら大規模なソリューションを考案しました。厳しい設計制約に制約されながらも、同社は既存モジュールの下部に設置し、合板、アルミ押出材、リニアベアリングを組み合わせた支持構造を開発しました。これは、人間工学、組み立てやすさ、そしてコスト効率への配慮が求められた成果です。

エンジニアリングの課題

この最近のアプリケーションでは、ある自動荷物配送センターが梱包モジュールの改良を検討していました。各モジュールは4つのシュートで構成されており、システム上部からステーションオペレーターまで荷物を送り出します。オペレーターは注文の通知を受け、そこから荷物を取り出し、梱包して、シュート下のコンベアベルトに載せることができます。お客様は、既存の構造物の設計にサポートプラットフォームを組み込み、オペレーターが完成した注文品を箱詰めできるようにしたいと考えていました。

当初は、シザーリフト、ドロップシェルフ、電動車輪付きカートなど、いくつかの解決策が提案されました。しかし、これらのシステムはすべて、既存のモジュールと機械的なインターフェースを必要とせず、モジュールとは独立して稼働するものでした。これらのアイデアは、コストが高すぎたり、作業員が体をひねる必要があるなど、怪我のリスクを伴う人間工学的な問題があったため、最終的に却下されました。

FUYUは、モジュールに接続し、既存のボルト穴も活用できるシンプルな設計でこれらの問題を解決しました。作業台として、エンジニアたちは強度の高い合板でテーブルを製作し、その上にABS樹脂で覆いました。このABS樹脂製の「天板」はウォータージェットカットされ、合板からテーブルを切り出すためのテンプレートとして機能しました。その後、テーブルはリニアスライダーに取り付けられ、リニアスライダーは標準的なアルミ押出材に簡単に取り付けられました。

そこから、作業員はテーブルをシュートに沿ってスライドさせ、必要な場所（例えばテーピングステーション）まで移動させることができます。4つのモジュールにつき1つのテーブルが設置されていますが、テーブルは最大12のモジュール間を自由に移動できるため、設計の柔軟性が最大限に高まり、設置するテーブル数を最小限に抑えることができます。

構造工学が必要

FUYU のソリューションの成功は、設計プロセス全体を通じてエンジニアたちが示した柔軟性に一部起因しています。たとえば、1 x 1 インチの横方向バーを使用すると、テーブル上の荷物の重量によって生じるモーメント荷重に対応できないことが明らかになりました。100 ポンドの荷物をテーブルの端に置くと、支持構造に 600 ポンドの荷重が生じ、ベアリングが後部トラックから外れます。システムがこれらの荷重に耐えられることを確認するために、エンジニアたちはまず有限要素解析 (FEA) テストを実行し、1 x 1 インチと 1 x 2 インチの横方向バーを使用して荷重時のシステム応力を解析および比較しました。1 x 1 インチのバーはたわみましたが、1 x 2 インチのバーは重い荷物の高荷重に対応できることがわかったため、この新しいコンポーネントを設計に組み込みました。

組み立て用に設計

FUYUのソリューションは、既存の梱包構造によって制約されていた複数の設計上の制約を克服しました。まず、エンジニアは、追加の穴あけやTナットの使用を必要とせずにテーブルを構造に固定する方法を見つける必要がありました。アルミ製スライダー自体よりもコストがかかるだけでなく、Tナットを組み込むことは設計上の悪夢でした。そこでエンジニアは、あらかじめ穴あけとタップ加工が施されたバーを設計しました。これを押し出し材に挿入すると、トラックの既存の4,000個のボルト穴と容易に位置合わせできました。

また、ステージングモジュールを取り付けた際に、その下のコンベアベルトの邪魔にならないよう、設計時に一定の高さを維持することも重要でした。FUYUのソリューションでは、モジュールと下のコンベアの間の垂直方向のスペースはわずか4インチしか増加しませんでした。

コスト削減

さらに、当初提案された電動の車輪付きカートとは異なり、FUYUの最終設計には複雑な可動部品が含まれていませんでした。シンプルで省スペースな構造を採用し、既存のステージングモジュールの構造部材、ボルト穴、ブラケットを利用してシームレスに統合することで、全体的な実装コストを40%削減しました。