包装効率の向上には、人間工学、組み立てやすさ、およびコスト効率への配慮が必要であった。

自動化は、企業が効率を最大化し、注文の正確性を高め、顧客の需要を満たすための新たな方法を模索する中で、従来の配送センターの運営方法を変革しつつあります。自動化技術というと、多くの人はロボット、自動搬送車、ピッキング・プレース・システムを思い浮かべがちです。しかし、ハイテクシステムと連携するために設計する必要のある、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存在します。

この点を実証する例として、システムインテグレーターのFUYU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ための、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。設計上の制約は厳しかったものの、同社は既存モジュールの下に取り付ける支持構造を開発し、合板、アルミ押出材、リニアベアリングを組み合わせた構造を実現しました。この成果は、人間工学、組み立てやすさ、コスト効率への配慮が不可欠でした。

エンジニアリング上の課題

今回の事例では、自動化された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、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供給する4つのシュートで構成されています。オペレーターは注文通知を受け取り、そこから荷物を取り出し、梱包して、シュートの下にあるコンベアベルトに載せます。顧客は、この既存の構造に、オペレーターが完成した荷物を箱詰めするために使用できるサポートプラットフォームを組み込むことを希望していました。

当初は、シザーリフト、ドロップシェルフ、電動式車輪付きカートなど、いくつかの解決策が提案された。しかし、これらのシステムはすべて既存のモジュールとは独立して動作し、機械的に接続する必要がなかった。これらのアイデアは、コストが高すぎる、あるいは人間工学的な問題（例えば、作業員が体をひねる必要があり、怪我のリスクがあるなど）があったため、最終的に却下された。

FUYUは、モジュールに接続し、既存のボルト穴も活用するシンプルな設計でこれらの問題を解決しました。作業面として、エンジニアは丈夫な合板でテーブルを作り、その上にABS樹脂を被せました。このABS製の「天板」はウォータージェットで切断され、合板からテーブルを削り出すためのテンプレートとして使用されました。テーブルは、標準的なアルミニウム押出材に簡単に取り付けられたリニアスライダー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の長さに沿って必要な場所（例えば、テープ貼り作業場など）までスライドさせることができます。テーブルは4つのモジュールにつき1つ設置されますが、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、設置が必要なテーブルの数を最小限に抑えることができます。

構造工学の知識が必要

FUYUのソリューションが成功した要因の一つは、設計プロセスにおけるエンジニアの柔軟性にある。例えば、1インチ×1インチの横方向バーでは、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った。テーブルの端に100ポンドの荷物を置くと、支持構造に600ポンドの荷重がかかり、ベアリングが後部トラックから外れてしまう。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、エンジニアはまず有限要素解析（FEA）テストを実施し、1インチ×1インチと1インチ×2インチの横方向バーを使用した場合の荷重下でのシステム応力を解析・比較した。1インチ×1インチのバーはたわんだが、1インチ×2インチのバーは重い荷物の高荷重に耐えられることが分かった。そこで、この新しい部品を設計に組み込んだ。

組み立て用に設計されています

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いくつかの設計上の問題を克服しました。例えば、エンジニアは、追加の穴あけやTナットを使用せずにテーブルを構造に取り付ける方法を考案する必要がありました。Tナットを組み込むことは、アルミ製スライダー自体よりも高価であるだけでなく、物流面でも設計上の悪夢となるでしょう。そこでエンジニアは、あらかじめ穴あけとねじ切り加工を施したバーを設計し、これを押出材に挿入すると、トラックの既存の4,000個のボルト穴に容易に位置合わせできるようにしました。

また、ステージングモジュールを取り付けた後、その下のコンベアベルトの邪魔にならないよう、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をわずか4インチしか増やす必要がありませんでした。

コスト削減

さらに、当初提案された電動式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は一切含まれていませんでした。既存の構造部材、ボルト穴、ブラケットを利用して既存のステージングモジュールに取り付けることができる、シンプルで省スペースな構造を採用することで、シームレスな統合を実現し、全体的な導入コストを40%削減しました。