Automatisierung von Blocklagern mit fahrerlosen Transportsystemen

Einfacher, sicherer, schneller

Dem steigenden Wettbewerbsdruck begegnen viele Branchen mit einer Automatisierung ihrer Prozesse, um diese noch gewinnbringender zu gestalten. So ist auch in den Lagerprozessen der Getränkeindustrie hohe Effizienz gefragt. Eine Lagerautomatisierung lässt sich z.B. durch die Einführung fahrerloser Transportsysteme realisieren.

Der robuste Compact GG ist kompakt gebaut und sehr wendig. Damit eignet er sich für den Einsatz in engen Blocklagern. (Bild: E&K Automation GmbH)

Entscheidend bei der Lagerautomatisierung mit fahrerlosen Transportsystemen ist, das richtige Konzept für die Verbesserung des innerbetrieblichen Materialflusses zu entwickeln, um eine hohe Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Genau darauf hat sich E&K Automation spezialisiert. Das Unternehmen bietet Transportrobotiklösungen für automatisierte Materialfluss- und Lagersysteme für Kunden aus allen Branchen an. Zu diesen gehören unter anderem auch Unternehmen aus der Getränkeindustrie. Für diese Branche, bei deren Lagerprozessen häufig große Stückzahlen gleichförmiger und gut stapelbarer Ware anfällt, bietet sich ein automatisierter Transport und Materialfluss an. Denn in den hier genutzten Blocklagersystemen mit einem hohen Raumnutzungsgrad und einer hohen Flexibilität bei vergleichsweise geringen Kosten lassen sich durch automatisierte Prozesse die Kosten weiter senken, Zeit einsparen und mögliche Fehlerquellen reduzieren. Darüber hinaus lassen sich viele Prozesse ergonomischer gestalten.

Vollautomatisierte Gegengewichtsstapler ermöglichen durch Ausstattung mit Doppelgabel mit Zinkenverstellung den Transport von zwei Paletten gleichzeitig. (Bild: E&K Automation GmbH)

Individuelles Automatisierungskonzept

Für die Auslegung des passenden fahrerlosen Transportsystems und damit dieses unter dem Strich die gewünschten Ergebnisse bringt, müssen zunächst eine Reihe von Kernfragen geklärt werden:

• Welche Last soll wie transportiert und übergeben werden?
• Was für Maße haben die zu transportierenden Lasten?
• Wie beweglich muss das Fahrzeug sein bzw. wie viel Platz steht zur Verfügung?
• Wie lang sind die Wegstrecken?
• Wie viele Transporte werden pro Stunde getätigt?
• Welche Spurführung oder Navigation ist am besten geeignet?
• Wie sieht das Energiekonzept in Abhängigkeit von der Einsatzdauer aus?
• Gibt es besondere Sicherheitsaspekte oder schwierige Umweltbedingungen?
• Reicht eine einfache Rufsteuerung mit Verkehrsregelung aus oder ist eine komplexe Leitsteuerung mit vielfältigen Funktionen wie z.B. einem Lagerverwaltungssystem erforderlich?

„Auf Basis dieser Informationen entwickeln wir dann ein individuelles, auf die Aufgabenstellung passgenaues Automatisierungskonzept, das darauf ausgelegt ist, mit durchdachter Investition die Kosten zu senken und die Produktivität weiter zu steigern“, erklärt Karsten Bohlmann, Head of R&D bei E&K Automation. Dafür suchen die Mitarbeiter des Unternehmens stets nach einem rentablen Gleichgewicht zwischen einer Standardlösung und der spezifischen Anpassung der verschiedenen Komponenten.

Beim Einsatz von FTS in Blocklagern der Getränkeindustrie lässt sich die vorhandene Fläche mit individuell programmierten Ein- und Auslagerstrategien bestmöglich nutzen. (Bild: E&K Automation GmbH)

Ein Fall aus der Praxis

Die Aufgabenstellung eines Unternehmens aus der Getränkeindustrie lautete, ein FTS für ein Blocklager zu entwickeln, das 10.000 Paletten auf 80x80m Lagerfläche fassen sollte. Die Paletten sollten auf vier Ebenen automatisch und präzise übereinandergestapelt werden. Dabei musste die oberste Palette in ca. 5,2m Höhe abgestellt oder wieder aufgenommen werden können. Wichtige Voraussetzung ist hier zunächst die geprüfte Qualität der Paletten und ein ausreichend ebener Fußboden, der die technischen Bedingungen für ein FTS erfüllt. Die Aufteilung der Lagerblöcke wird dann abhängig von Hallenform, den Ein- und Auslagerpunkten, der Artikelanzahl, der Lagerstrategie und der gewünschten Transportleistung bestimmt. Ein großer Vorteil des Blocklagers ist die hohe Flexibilität: Da es komplett auf Regale verzichtet, lässt es sich ohne großen technischen Aufwand umbauen, das heißt Lagerzeilen lassen sich z.B. verschieben und drehen.

Auswahl von Fahrzeug, Navigation und Energiesystem

Als Lösungsvorschlag im hier beschriebenen Beispiel setzte E&K auf vollautomatisierte Gegengewichtsstapler, die über einen Hub von 5,5m verfügen und mit einer Doppelgabel mit Zinkenverstellung für den Transport von zwei Paletten gleichzeitig ausgestattet wurden. Aus dem Programm des Unternehmens eigneten sich hierfür die Fahrzeuge vom Typ Compact GG. Die Compact-Linie umfasst standardisierte fahrerlose Transportfahrzeuge, die für den mittelschweren Lastenbereich von bis zu 2.500kg Lastgewicht ausgelegt sind. Der robuste Compact GG, der schnell und einfach in Betrieb genommen werden kann, lässt sich durch seine kompakte Bauform und sein wendiges Fahrwerk mit kleinem Wenderadius gut in Blocklagern mit geringer Gangbreite einsetzen. Er erreicht Hubhöhen von bis zu 8m und eine Fahrgeschwindigkeit von bis zu 2m/s vorwärts und rückwärts. Die Transportfahrzeuge sind flexibel in Bezug auf den Einsatz der Navigation. Es lassen sich verschiedene Navigationsarten kombinieren. So z.B. auch im beschriebenen Fall: Hier wurde eine Hybridnavigation eingesetzt, die über Laserscanner und Magnetpunkte gesteuert wird. Die Lasernavigation sorgt für die Positionsbestimmung, das heißt ein am FTS angebrachter Lasersensor ermittelt mithilfe der an verschiedenen Stellen in der Halle angebrachten Reflektoren die aktuelle Fahrzeugposition. Die Magnetpunktnavigation sorgt durch die entlang der Fahrspur im Boden eingelassenen Magnete für den Fahrtweg. Beide Systeme werden in diesem Fall kombiniert. Die Leitsteuerung erfolgt über einen PC-Server, sämtliche Kommunikation über WLAN. Ein wichtiger Aspekt einer FTS-Anlange ist das geeignete Energiesystem. Bei der Auswahl des passenden Energiekonzepts werden Einflussfaktoren wie Einsatzdauer, Schichtbetrieb, Investitionskosten und Fußboden berücksichtigt. „Im gewählten Beispiel haben wir ein Batteriesystem mit automatischer Nachladung vorgeschlagen, das eine Versorgung rund um die Uhr garantiert“, so Bohlmann.

Stapelung in die Höhe mithilfe von 3D-Palettenerkennung

Eine Besonderheit des beschriebenen Falls ist die Höhe, die dieses Blocklager mit 5,2m Übergabehöhe erreicht. Das ist erst mithilfe einer speziellen Entwicklung möglich: Bei E&K Automation können die Fahrzeuge für ein präzises Stapeln in großer Höhe mit einer 3D-Palettenerkennung ausgestattet werden. Sie ermöglicht eine genaue Auswertung der Ist-Position der Palette. „Die 3D-Palettenerkennung hat den Vorteil, dass auch in großen Höhen eine sichere und reproduzierbare Ein- und Auslagerung stattfindet. Das funktioniert wie folgt: Der Stapler fährt die programmierte Soll-Position an, erstellt ein 3D-Foto und wertet dieses aus. Dann wird die Gabelposition seitlich und in der Hubhöhe entsprechend der Palettenposition justiert und das Fahrzeug nimmt die Palette sauber und sicher auf“, erläutert Bohlmann. Soll ein Lager automatisiert werden, in dem auch Personenverkehr stattfindet, sind besondere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. Hierfür hat das Unternehmen ein modulares Baukastensystem entwickelt, mit dem sich bei der Sicherheitstechnik eine auf den Einsatzfall angepasste Kombination an Schutzvorrichtungen zusammenstellen lässt. Bei Einsatzfällen wie im Blocklager werden die Fahrzeuge zum Schutz der Mitarbeiter vorne und hinten mit Personenschutz-Scannern ausgerüstet. Die Scanner, bei denen sich Warn- und Schutzfelder flexibel einstellen lassen, ermöglichen eine vorausschauende Reaktion des Fahrzeugs. In Betrieben mit Personal und bei einer Geschwindigkeit der fahrerlosen Transportfahrzeuge von 2m/s sind diese Schutz-Scanner unverzichtbar. Das Fahrzeug leistet eine genaue Abtastung seiner Umgebung, auch wenn es mit den Zinken vorausfährt. Gerät eine Person oder ein Gegenstand in das Schutzfeld, bremst das FTS sanft ab und sorgt damit für berührungslose Sicherheit. „Im beschriebenen Fall, bei dem in vier Ebenen in die Höhe gestapelt wird, darf allerdings nur eingewiesenes Servicepersonal im Lager zugegen sein“, erklärt Bohlmann.

Erweiterbare Systeme

Mittels FTS automatisierte Lager können in der Getränkeindustrie in unterschiedlichen Ausprägungen konzipiert werden: Von einzelnen Pufferzeilen für die Abgabe oder auch Aufnahme von bereitgestellten Paletten in der Produktion oder im Lager bis hin zu flächenfüllenden Pufferzeilen. „Wir entwickeln aus den beschriebenen Komponenten für unsere Kunden ein Gesamtkonzept, das auf die vorhandenen Gegebenheiten zugeschnitten ist und mit individuell programmierten Ein- und Auslagerstrategien die vorhandene Fläche bestmöglich nutzt. Ein klassisches Beispiel ist die über drei Schichten laufende Produktion und ein über zwei Schichten laufender Warenausgang. Das fahrerlose Transportsystem übernimmt dann z.B. in der Nachtschicht das Puffern der laufenden Produktion in einem Blocklager und stellt parallel die Waren für den Versand im Warenausgang bereit“, erläutert Bohlmann. FTS sind für einen Einsatz von weit über zehn Jahren ausgelegt, viele Systeme sind bei fachgerechter Wartung auch über 20 Jahre im Einsatz. Dabei können die von E&K Automation konzipierten und installierten Anlagen durch verschiedene weitere Fahrzeugtypen und Steuerungsversionen erweitert werden. Die Systeme wachsen somit mit den Anforderungen der Unternehmen mit. Je mehr Betriebsstunden das FTS im Jahr zu verzeichnen hat, desto schneller ist der Return on Investment erreicht. Damit sich die Einführung eines FTS in Lagerprozessen der Getränkeindustrie, wie generell in allen Branchen, schnell bezahlt macht, ist es maßgeblich entscheidend, das richtige, individuell auf die betrieblichen Gegebenheiten und Anforderungen abgestimmte Konzept einzusetzen. Zur Konzepterstellung nutzt das Unternehmen immer öfter das Tool Plant Simulation. Mit Hilfe von 3D-Laserscans können die Lagerhallen und Fabrikgebäude maßgetreu abgebildet und das entsprechende FTS darin simuliert dargestellt werden.